تحقیق روش های تصفیه پساب در صنایع پتروشیمی



مقطع تحصیلی:
کارشناسی
رشته:
مهندسی شیمی
گرایش:
صنایع پالایش
عنوان :
روش های تصفیه پساب در صنایع پتروشیمی
استاد گرامی:

دانشجو:

سال تحصیلی:

سپاسگذاری:

با سپاس ازسه وجود مقدس:
آنان که ناتوان شدند تا ما به توانایی برسیم…
موهایشان سپید شد تا ماروسفید شویم…
و عاشقانه سوختند تا گرمابخش وجود ما و روشنگر راهمان باشند…

پدرم
مادرم
استادم

تقدیم به:

به پاس تعبیر عظیم و انسانی شان از کلمه ایثار و از خود گذشتگان ،
به پاس عاطفه سرشار و گرمای امیدبخش وجودشان که در این سردترین روزگاران بهترین پشتیبان است ،
به پاس قلب های بزرگشان که فریاد رس است و سرگردانی و ترس در پناهشان به شجاعت می گراید ،
و به پاس محبت های بی دریغشان که هرگز فروکش نمی کند .

این مجموعه را به پدر و مادر عزیزتر از جانم و برادران و خواهر عزیزم تقدیم می کنم.

فهرست مطالب
عنوان
صفحه
چکیده
1
مقدمه
2
فصل اول: الگوی مصرف آب
5
1-1. الگوی مصرف و تلفات آب شهری
6
عوامل موثر بر کاهش تقاضای آب شهری
10
آب کشاورزی
13
آب صنعت
15
فصل دوم: روش های تصفیه پس آب
17
2. تصفیه پساب صنایع پتروشیمی و نفت با استفاده از خاک های شاخص بنتونیت توفیت تالک و زئولیت به عنوان لخته کننده
18
2-1. مواد و روش ها
18
2-2.عملیات فعال سازی
18
2-2-1. فعال سازی به روش شیمیایی
18
2-2-2. فعال سازی به روش تخلخل
20
2-3. انتخاب محل نمونه برداری به عنوان حالت بهینه و تهیه نمونه های مصنوعی و حقیقی
20
2-3-1. نمونه مصنوعی
20
2-3-2. نمونه حقیقی
21
2-4. انتخاب خاک ها ی قابل دسترس
21
فصل سوم: روش های تصفیه پس آب
22
3. روش فناوری نانو در تصفیه پسآب
23
3-1. فناوری نانولوله های کربنی
23
3-1-1. غشاهای نانولوله ای
23
3-1-2. نانوغربال ها
24
3-2. روش های دیگر نانوفیلتراسیون
26
3-2-1. فیلتر آلومینای نانولیفی
3-2-2. نانوالیاف جاذب جریان
26
27
3-3. سرامیک های نانو حفره ای، کِلِی ها و دیگر جاذب ها
28
3-3-1. غشای سرامیکی نانوحفره ای
28
3-3-2. تک لایه های خودآرا روی پایه های مزوپروس (SAMMS)
29
3-3-3. Arsenx
30
3-3-4. پلیمر حفره ای سیکلودکسترین
31
3-3-5. نانوکامپوزیت های پلی پیرون- نانولوله کربنی
32
3-4. زئولیت
33
3-4-1. زئولیت های طبیعی، مصنوعی، زغال سنگ و ترکیبی
33
3-5. فناوری های مبتنی بر نانوکاتالیست ها
34
3-5-1. نانوذرات آهن خنثی
34
3-5-2. فتوکاتالیست های نانومقیاس دی اکسید تیتانیوم
36
3-6. نانوذرات مغناطیسی
38
3-6-1. Magneto ferritin
38
3-7. بررسی روش های خالص سازی آب با به کارگیری فناوری نان
39
3-7-1. :نانو فیلترها
40
3-7-2. نانو مواد
41
3-7-3. نانو سنسورها در تصفیه آب و پساب
43
3-7-3-1. نانوفتوکاتالیست
43
نتیجه گیری
45
منابع فارسی
46
منابع لاتین
48

چکیده
کمبود آب در ایران یکی از عوامل محدود کننده اصلی توسعه فعالیتهای اقتصادی در دهه های آینده به شمار می رود. متاسفانه در کشور ما هنوز استفاده مطلوب از آب به شکل یک فرهنگ جایگاه خاص خود را پیدا نکرده است، به همین جهت دستیابی به تعادل نسبی در زمینه عرضه و مصرف آب یک اصل اساسی و ضروری است که این مهم جز با ایجاد یک نظام جامع مدیریت آب میسر نیست. مجموعه اقداماتی که تاکنون در کشور در ارتباط با تامین آب کشاورزی، شهری و صنعتی انجام شده، عمدتاً در زمینه مدیریت تولید و عرضه آب بوده است و کمتر توجهی به مدیریت مصرف گردیده است.
در نگرش جدید جهانی، آب کالایی اقتصادی- اجتماعی و به عنوان نیاز اولیه انسان محسوب می شود. هر چند آب یکی از منابع تجدید شونده به شمار می رود، اما مقدار آن محدود است. با توجه به رشد جمعیت، گسترش صنعت، بالا رفتن سطح بهداشت و رفاه عمومی، سرانه منابع تجدید شونده رو به کاهش می باشد.
در این مقاله ضمن طرح و بیان اهمیت موضوع مدیریت تقاضا و صرفه جویی آب در بخشهای شهری، کشاورزی و صنعتی به الگوی مصرف و تلفات آب شهری، عوامل موثر بر کاهش تقاضای آب شهری و وضعیت مصرف آب در بخش کشاورزی و صنعت پرداخته شده و سپس به گوشه ای از مطالعات و اقدامات انجام شده در کاهش تلفات در این بخشها اشاره خواهد شد. در انتها روشهایی برای جلوگیری از کاهش مصرف و اسراف آب ارائه می گردد.

مقدمه
در نگرش جدید جهانی، آب کالایی اقتصادی- اجتماعی و به عنوان نیاز اولیه انسان محسوب می شود. هرچند آب یکی از منابع تجدید شونده به شمار می رود، اما مقدارآن محدود است. با توجه به رشد جمعیت، گسترش صنعت، بالا رفتن سطح بهداشت و رفاه عمومی، سرانه منابع تجدید شونده رو به کاهش می باشد.
ایران با متوسط نزولات جوی 260 میلی متر در سال از کشورهای خشک جهان و دارای منابع آب محدود است. عواملی همچون رشد جمعیت، نیاز به غذای بیشتر، ضرورت ارتقای سطح بهداشت و رفاه اجتماعی، توسعه صنعتی و حفاظت اکوسیستمها، تقاضای آب را روز به روز بیشتر می کند. با توجه به رشد جمعیت در ایران، سرانه منابع آب تجدید شونده سالانه که در سال 1335، 7000 مترمکعب بوده، در سال 1375 به 2000 مترمکعب کاهش یافته و پیش بینی می شود که تا سال 1400 به حدود 800 مترمکعب کاهش یابد که پایین تر از مرز کم آبی (1000 مترمکعب) است. با توجه به تقسیم بندی سازمان ملل متحد، در سال مزبور ایران نه تنها شرایط تنش و فشار ناشی از کمبود آب را تجربه خواهدکرد، بلکه وارد شرایط کمیابی شدید آب می گردد [1].
در سالهای خشک، از هم اکنون شاهد کمبود و بحران آب هستیم که می تواند نه تنها خسارات اقتصادی بلکه تنش های اجتماعی- سیاسی و مخاطرات بهداشتی به بار آورد.
همانگونه که ذکر شد، متوسط نزولات جوی کشور 260 میلی متر در سال می باشد و این مقدار کم، توزیع مکانی بسیار ناهمگن دارد. به طوری که فقط 1% از مساحت ایران بارشی بیش از 1000 میلیمتر دارد، در حالی که 28% از سطح کشور، بارش سالیانه کمتر از 100 میلیمتر را دارد. از 415 میلیارد مترمکعب نزولات سالانه در ایران، حدود 70% آن تبخیر می شود. با ورود سالیانه دوازده میلیارد مترمکعب آب ورودی از مرزها به داخل کشور، کل منابع آبی تجدید پذیر کشور 135 میلیارد مترمکعب است که تا سال 1379، 95 میلیارد مترمکعب از این آب استحصال شده است. از این مقدار آب استحصال شده، به ترتیب 93، 5 و 2 درصد در بخشهای کشاورزی، شهری و صنعتی به مصرف رسیده است. علاوه بر محدودیت مقدار منابع آب، هزینه های استحصال آب و محدودیت منابع مالی نیز طرحهای توسعه منابع آب جدید را با مشکل و محدودیت مواجه کرده است.
بانک جهانی در گزارشی از کاهش سرانه آب قابل استحصال و از دست دادن کیفیت آن، استفاده ناکارآمد راندمان پایش مصرف در بخشهای کشاورزی، صنعتی و کشاورزی؛ شوری و زهدار شدن اراضی، وضعیت نامطلوب تعمیرات و نگهداری، محدودیت جبران هزینه ها و نبود هماهنگی بین سازمانهای ذیربط، بعنوان چالشهای پیش رو آب کشور نام برده است.
توزیع غیریکنواخت آب در طول مکان و زمان، وجود بیشترین تقاضای آب در زمان وقوع کمترین بارندگی، عدم توازن بین عرضه و تقاضای آب و خصوصاً افزایش تقاضای آب به دلایل ذکر شده و محدودیت منابع آبی و در بعضی مکانها کاهش آن با تنزل کیفیت آب سفره های زیرزمینی به دلیل برداشت بیش از حد مجاز، پیشروی آبهای شور، دفع غیرصحیح فاضلابهای خانگی و پساب های صنعتی، بالابودن هزینه های تامین آب جدید با رقابت شدید بین گروههای مصرف کننده آب به دلیل کم بودن منابع آبی، استفاده ناکارآمد از آب، اتلاف زیاد آب در بخش کشاورزی و بالابودن آب به حساب نیامده در بخش شهری، و مکانیزم قیمت گذاری ناکارآمد از جمله دیگر مشکلات آبی کشور می باشد که مدیریت منابع آب کشور را پیچیده کرده است.
با این مشکلات، یکی از اهداف بلندمدت مدیریت راهبردی آب کشور تعادل برقرار کردن بین تقاضای آب و منابع آب موجود با کمترین هزینه ممکن می باشد.
برای پاسخگویی به نیاز روز افزون تقاضای آب در کشور، توسعه منابع آبی جدید شامل بهره برداری بهینه از منابع آبی باقیمانده، استفاده مجدد از فاضلاب، شیرین کردن آب های شور و افزایش ظرفیت تولید منابع موجود، در نظر گرفتن راهبردهای صرفه جویی آب در بخشهای مختلف اقتصادی، و توسعه روشهای مدیریت کارآمد جدید می توان نام برد.
بیش از دو دهه است که جهان پی برده است که در مدیریت منابع آب باید بیشتر به مدیریت تقاضا تا مدیریت عرضه توجه کرد. بدین منظور دانشمندان مدیریت تلفیقی آب را مطرح نموده اند. مدیریت تلفیقی، دو سیاست کلی و یک هدف اصلی دارد. سیاستهای مدیریت تلفیقی عبارتند از: 1) با آب باید به عنوان یک کالای اقتصادی، اجتماعی و زیست محیطی برخورد شود و 2) سیاستها و گزینه هایی که مدیریت آب را هدایت می کند باید در چارچوبی یکپارچه تحلیل شود. هدف اصلی مدیریت تلفیقی این است که به واسطه مدیریت تلفیقی آب، توسعه پایدار، کارآمد و عادلانه منابع آب حاصل شود. بنابراین مبانی مدیریت تلفیقی بر پایه ترکیب پذیری مدیریت تامین با مدیریت تقاضا استوار بوده که جنبه های زیست محیطی، اجتماعی و اقتصادی را درنظر می گیر.
به طور کلی تمامی اقداماتی که بر کیفیت و کمیت آب ورودی به یک سیستم مصرف موثرند، بخشی از مدیریت عرضه می باشد و هرآنچه که بر مصرف و یا اتلاف آب پس از آن موثر است مدیریت تقاضا می باشد. به عبارت دیگر مدیریت تقاضای آب به فعالیتهایی اطلاق می شود که کمک می کند تا تقاضای آب کاهش یابد، راندمان مصرف بهبود یافته و از آلوده شدن یا نابودشدن منابع جلوگیری شود[2].
در این مقاله ضمن طرح و بیان اهمیت موضوع مدیریت تقاضا و صرفه جویی آب در بخشهای شهری، کشاورزی و صنعتی به الگوی مصرف و تلفات آب شهری، عوامل موثر بر کاهش تقاضای آب شهری و وضعیت مصرف آب در بخش کشاورزی و صنعت پرداخته شده و سپس به گوشه ای از مطالعات و اقدامات انجام شده در کاهش تلفات در این بخشها اشاره خواهد شد. در انتها روشهایی برای جلوگیری از کاهش مصرف و اسراف آب ارائه می گردد.

فصل اول

الگوی مصرف آب

1-1. الگوی مصرف و تلفات آب شهری:
در مطالعاتی که توسط سازمان ملل متحد در سنگاپور صورت گرفت، حداقل آب مصرفی هر شهروند برای حفظ بهداشت و سلامت جامعه 99 لیتر در روز تعیین گردیده است [3].
برطبق برنامه سوم توسعه، الگوی مصرف آب هر خانوار 5/22 مترمکعب در ماه تعیین شده که در نتیجه هر نفر بطور متوسط در شبانه روز می تواند 150 لیتر آب مصرف نماید (جدول 1) [7]. متاسفانه باتوجه به رشد بی رویه شهرنشینی در کشور، آمار چند ساله اخیر نیز نشان از مصرف سرانه بطور متوسط 250 تا 300 لیتر در شبانه روز می دهد. در سال 1373 متوسط تقاضای سرانه آب شهری در کشور 242 لیتر نفر روز بدست آمده است.
به عنوان مثال در سال 1379، فقط 47 درصد مشترکان کشور کمتر از الگوی مصرف، آب مصرف کرده و در مجموع 24 درصد آب شرب تولیدی در کشور را به کار بردند. در حالی که 11 درصد مشترکان، 24 درصد آب شرب تولیدی را مصرف کردند [4].
با توجه به هزینه های بالای تامین، انتقال و توزیع آب، افزایش بی رویه مصرف و منابع محدود آب قابل دسترس، شهروندان با بحرانهای جدی جدیدی در آینده روبرو می باشند. جمعیت شهری کشور از 6 میلیون نفر در سال 1335 به 31 میلیون نفر در سال 1370 و در حال حاضر به بیش از 46 میلیون نفر رسیده است. مصارف آب شهری در سال 1372 نسبت به سال 1362، 5/1 برابر شده است. در جدول 2 میزان رشد جمعیت، برداشت آب و سرانه مصرف آب شهری در طی سالهای 1345 تا 1375 برای شهر تهران به عنوان نمونه ارائه شده است [11، 12، 13 و 14].
جدول 1- الگوی توصیه شده مصارف سرانه خانگی برحسب لیتر در روز (تا سال 1390) [7]
نوع مصرف
حداقل (لیتر)
حداکثر (لیتر)
آشامیدن
3
5
پخت و پز
5
10
حمام
25
50
لباسشویی
10
20
ظرفشویی
5
15
دستشویی و توالت
20
30
شتشوی خانه
3
10
کولر و تهویه مطبوع
2
5
متفرقه
2
5
جمع
75
150
جدول 2- جمعیت تهران و مصرف سرانه آب طی سالهای 1345 تا 1370 [11،12، 13 و14]
سال
1345
1355
1359
1365
1370
1375
جمعیت (1000 نفر)
2720
4530
5454
6042
6475
6759
مصرف سالانه آب (MCM)
98
346
443
542
681
870
مصرف سرانه (لیتر در روز)1
99
209
222
244
288
352

همانطور که از جدول 2 مشاهده می شود، مصرف سرانه آب طی 30 سال بیش از 3 برابر و میزان مصرف سالانه تقریباً 4 برابر شده است. نکته قابل توجه این است که برخلاف رشد حدود 5/2 درصدی جمعیت شهر تهران در این دوره، مصرف آب با رشد سالانه تقریباً 5 الی 6 درصد همراه بوده است. جزئیات مصرف سرانه خانگی در شهر تهران در سال 1365 در جدول 3 ارائه شده است.
جدول 3- جزئیات مصرف سرانه خانگی در تهران (1365) [15]
نوع مصرف
لیتر/ نفر/ روز
میلیون مترمکعب
درصد
خانگی
120
9/264
43
مصارف عمومی
120
1/44
8
تجاری و صنعتی
30
2/66
11
فضای سبز عمومی
30
2/66
11
تلفات تامین، انتقال و توزیع
74
4/163
27
جمع کل استحصال
274
8/604
100

جدول 4، میزان آب مصرفی بعضی از شهرها و کشورهای جهان را نشان می دهد. همانطور که از این جدول مشاهده می شود، مصرف آب در تهران و دیگر شهرهای کشور به مراتب بیشتر از مصرف سرانه آب در مکانهایی است که از لحاظ آب و هوایی، زندگی اجتماعی و اقتصادی در ردیف تهران قرار دارند.

جدول 4- مصرف سرانه آب در بعضی از کشورها [16 و 17]

مطالعه و اجرای روشهای مدیریت تقاضای آب (کاهش تقاضا و مصرف، کاهش تلفات آب، استفاده مجدد از آب و فاضلاب، شیوه های جدید توزیع آب در شهر، …) نه تنها فشار بر منابع آب را کاهش داده، بلکه کم هزینه تر از پروژه های جدید تامین آب (انتقال بین حوزه ای از راههای دور، احداث سدهای جدید و …) بوده و هزینه مدیریت فاضلاب را نیز کاهش می دهد.
میزان آب به حساب نیامده در استانهای مختلف کشور بین 25 تا 60 درصد گزارش شده است [5].
در مطالعه ای که در سال 1374 در خصوص تلفات آب در شهرهای بوشهر، تبریز و اهواز بعمل آمد، میزان تلفات آب در این شهرها به ترتیب 34، 30 و 50 درصد گزارش شده است [6].
بیشترین سهم تلفات مربوط به این شهرها، شکستگی لوله ها گزارش شده است. طبق استانداردهای جهانی برای کشورهای خشک و نیمه خشک و کم آب، حداکثر آب به حساب نیامده در یک شبکه توزیع حدود 15% و برای کشورهای پرآب حدود 25% توصیه شده است. طبق این استاندارد، برای شرایط ایران چنانچه آب به حساب نیامده از میزان 15% تجاوز نماید، ضرورت سرمایه گذاری برای بازیافت الزامی است. آب به حساب نیامده به میزان آبی گفته می شود که درصورت حساب فروش شرکت های آب و فاضلاب منظور نمی شود و اغلب به دلیل قرائت غلط کنتورها، انشعابهای غیرمجاز، کنتورهای با پلمپ باز و نشت در شبکه به دلیل پوسیدگی و از کارافتادگی لوله ها صورت می گیرد. میزان آب به حساب نیامده شهرها از 25 تا 60 درصد می باشد [7].
آب به حساب نیامده شبکه های شهری برخی از شهرهای کشور و دیگر کشورها به ترتیب در جدولهای 5 و 6 ارائه شده است.

جدول 5- آب به حساب نیامده شبکه های شهری برخی استانهای کشور [17]

نام استان
آربایجان شرقی
آربایجان غربی
اصفهان
بوشهر
تهران
خوزستان
لرستان
کردستان
قم
میزان تلفات (برحسب درصد)
24
24
29
28
30
29
39
24
25

جدول 6- آب به حساب نیامده شبکه های شهری برخی کشورها [19]
نام کشور
ایتالیا
انگلیس
اسپانیا
ژاپن
آلمان
سنگاپور
مالزی
چین
ایران
میزان تلفات(برحسب درصد)
15
25
13
15
7
7
21
8
28

به عنوان مثال، آب تصفیه شده ورودی به شهر تهران در سال 1371،682 میلیون مترمکعب و آب فروخته شده 377 میلیون مترمکعب و بالطبع آب به حساب نیامده 306 میلیون مترمکعب یا 45 درصد بدست می آید. از این مقدار 163 میلیون مترمکعب آب، یعنی 24 درصد مربوط به تلفات شبکه توزیع و 37 میلیون مترمکعب آن یعنی 5 درصد مربوط به استفاده غیرمجاز می باشد. حدود 45 درصد آبی که با سرمایه گذاری های کلان در زمینه های تامین، انتقال، تصفیه و توزیع تولید می شود نه تنها تلف می شود که ضایعاتی را نیز به وجود می آورد.
بنابراین سرمایه گذاری لازم برای رساندن مقدار آب به حساب نیامده به حدود استانداردهای جهانی الزامی است. طبق برآورد دفتر مطالعات کاهش آب به حساب نیامده در سال 1379، کاهش یک درصد آب به حساب نیامده به معنی بازگشت 5/2 میلیارد تومان به توان مالی شرکت های آب و فاضلاب و برابر است با ایجاد 200 میلیون مترمکعب ظرفیت جدید تامین آب در شرکتهای آب و فاضلاب که بالطبع، نیاز به سرمایه گذاری جدید در ایجاد تاسیسات را کاهش خواهد داد [20]. این افزایش درآمد به معنای ارتقای توان اجرایی این شرکتها ست.در مطالعه ای که در مورد دلائل اتلاف آب در شبکه آب شهر بوشهر و تاثیر آن در اقتصاد صورت پذیرفت نشان داد که کاهش هزینه های اجرای طرحهای جلوگیری از آب به حساب نیامده بعد از پایان سال اول و از طرفی افزایش درآمد حاصل از آب به حساب نیامده جلوگیری شده، باعث گردیده که نقطه سر به سر (درآمد- هزینه) در سال دوم از دوره چهارساله برنامه ریزی جهت کاهش آب به حساب نیامده قرار گیرد که توجیه پذیری طرح را نشان می دهد [8].
قابل توجه است که این نتیجه براساس هزینه توزیع آب شبکه در داخل شهر محاسبه شده که اگر هزینه تامین آب از محل برداشت تا ورودی شهر نیز به قیمت هر مترمکعب آب اضافه شود نقطه سربه سر زودتر و توجیه پذیری طرح بیشتر خواهد شد.

عوامل موثر بر کاهش تقاضای آب شهری
به طور کلی در مدیریت تقاضا، کاهش آب به حساب نیامده، کاهش فشار در شبکه، نوع سیستم توزیع آب در شهر، اصلاح سیستم لوله کشی آب منازل، استفاده از قطعات و وسایل کاهنده مصرف آب، نرخ گذاری آب و آموزش صرفه جویی در مصارف آب شهری روشهای مناسب برای کاهش تقاضا و مصرف آب می باشند که باید از طریق ابزار قانونی، فنی، مالی و نیز برنامه آگاه کردن و آموزش همگانی به طور فعال و مستمر پیگیری گردد.
رفتارها یا نیّات رفتاری مردم نسبت به صرفه جویی در مصرف آب به نگرش و میزان آگاهی آنان نسبت به مسائل مربوط به آب بستگی دارد. از اینرو، برای اینکه فعالیتهای مدیریت تقاضای آب به طور موفقیت آمیز اجرا شوند، لازم است که آگاهی ها و نگرشهای مردم نسبت به صرفه جویی در مصرف آب اصلاح شود تا همکاری آنها در اجرای این برنامه ها بیشتر شود. شهر کاشان یکی از شهرهایی است که با کمبود آب مواجه بوده و قرار است به زودی پروژه انتقال آب از رودخانه زاینده رود به این شهر بهره برداری شود. به منظور اطلاع از میزان آگاهی ها و سنجش نگرش مردم کاشان نسبت به صرفه جویی آب، ارتقای سطح آگاهی آنها از اهمیت و وضعیت آب شهر، آموزش راههای صرفه جویی، تغییر نگرش آنها به سمت صرفه جویی و بالا بردن قابلیت پذیرش آنها برای اجرای اقدامات مدیریت تقاضا تحقیقی پیمایشی در این شهر انجام شد [9].
نتایج این تحقیق نشان داد که میزان آگاهی مردم نسبت به ضرورت صرفه جویی در مصرف آب و کارایی روشهای مختلف صرفه جویی بر نگرش آنها به آب و نیز بر رفتار آنها در جهت صرفه جویی آب تاثیر معنی داری دارد. با تحلیل روند تغییرات مصرف سالانه آب برخی از خانوارها (کاهش و یا افزایش ناگهانی) معلوم شد که عامل اصلی این تغییرات، اصلاح سیستم لوله کشی منزل و یا برعکس پیدایش نشت در لوله کشی بوده است.
کمبود اطلاع از میزان مصرف و الگوی بهینه مصرف آب، کمبود اطلاعات کافی در مورد عوامل افزایش تقاضا، پایین بودن قیمت آب، تصور مردم از آب به عنوان یک کالای اجتماعی و ارزان قیمت، راحت تر بودن اجرای برنامه های عرضه آب، کمبود درک مفاهیم، قلمرو و پتانسیل های مدیریت تقاضا، پایین بودن قابلیت پذیرش جامعه برای اجرای فعالیت های مدیریت تقاضا، کمبود همکاری و هماهنگی بین نهادها و سازمانهای آبی، مقاومت سازمانهای آبی برای تغییر در سیستم سنتی خود، و اشتغال زایی بیشتر اقدامات عرضه آب از جمله موانع اجرای فعالیت های مدیریت تقاضا می باشند. بسیاری از این موانع به آسانی به واسطه برنامه های آموزش و آگاهی عمومی و ابزار قانونی برداشته می شوند.
یکی از پارامترهای موثر بر الگوی مصرف و مدیریت تقاضای آب، نرخ آب می باشد. تعیین قیمت مناسب برای آب هم موجب صرفه جویی آن توسط مصرف کنندگان و کاربرد بهینه آن در مصارف تجاری و صنعتی شده و هم درآمدی از فروش آن برای شرکتهای آب و فاضلاب حاصل می شود تا بخش عمده ای از هزینه های خدمات آبرسانی و تصفیه آن را تامین نماید. از طرفی رعایت بهداشت و سلامتی شهروندان به شدت به عرضه آب بستگی دارد و گرانی آب بهداشت عمومی را با مشکل مواجه می سازد. در ایران وضعیت موجود سیستم نرخ گذاری آب در درجه اول تحت تاثیر ملاحظات سیاسی- اجتماعی می باشد و به تبع آن عملکردهای مالی و اقتصادی از درجه اهمیت کمتری برخوردار است. در همه استانهای کشور به جز استان چهارمحال و بختیاری، میانگین فروش آب کمتر از قیمت تمام شده آن در شرکت های آب و فاضلاب می باشد. جهت مقایسه، متوسط فروش و قیمت تمام شده آب استان تهران و استان کردستان در سال 1375 در جدول 7 آورده شده است.

جدول 7- مقایسه میانگین فروش آب شهری و قیمت تمام شده آن در سال 1375
شرکت آب و فاضلاب
میانگین فروش
قیمت تمام شده
تهران
164
204
قم
127
237
غرب استان تهران
130
174
شرق استان تهران
210
251
جنوب غربی تهران
162
177
شرکهای غرب تهران
139
177
ورامین
161
138
کردستان
119
214

در طی سالهای 1365-1355، با افزایش 25 درصدی درآمد خانوارها و افزایش 45 درصدی شاخص بهای کالاها و خدمات مصرفی، میانگین قیمت یک مترمکعب آب تنها 14 درصد افزایش یافته است. در بعضی از نقاط کشور از جمله شهر تهران، "بی کشش بودن تقاضای آب" یعنی عدم تاثیرپذیری کاهش مصرف آب با افزایش قیمت نشان داده شده است. بنابراین در این شرایط، قیمت گذاری تصاعدی آب به تنهایی سیاست موثری برای ایجاد انگیزه در مصرف کنندگان به صرفه جویی در مصرف آب نخواهد بود.
در طرح آبرسانی تبریز از زرینه رود، کل هزینه طرح بدون تنزیل به حال، 420 میلیارد ریال، بعلاوه 105 میلیون دلار بوده است.
هزینه طرح آبرسانی به یزد از زاینده رود، هر مترمکعب تقریباً 1300 ریال هزینه دربر داشته است. اگر مصرف کنندگان آب و تصمیم گیرندگان اطلاع کافی از هزینه های اجتماعی- اقتصادی این طرح ها داشته باشند (غیر از هزینه های احتمالی زیست محیطی)، علاقه مندی و رویکرد آنها به صرفه جویی بیشتر خواهد شد.
موضوع بسیار مهم در مدیریت آب شهرهایی که انتقال بین حوزه ای و یا از مسافتهای طولانی به آنها انجام می شود این است که قبل از طراحی، اجرا و بهره برداری از این پروژه ها، مطالعات جامع آب شهری انجام شود. با انتقال آب و افزایش منابع آب این شهرها، مسئله کمبود آب در کوتاه مدت حل خواهد شد؛ چراکه رسیدن آب به این شهرها، می تواند موجب افزایش جمعیت و تقاضاهای آبی از طریق مهاجرت و نیز تغییر الگوی مصرف شود و مجدداً این شهرها را با کمبود آب مواجه کند. از اینرو، مطالعه نحوه مناسب توزیع آب در شهر و دیگر روشهای مدیریت تقاضا همزمان با عرضه آب بیشتر امری ضروری برای پایداری سیستم آب شهری است.

آب کشاورزی
از مجموع 95 میلیاردمترمکعب اب استحصالی سالانه در ایران، بیش از 87 میلیارد مترمکعب آن در بخش کشاورزی برای آبیاری 5/7 میلیون هکتار سطح زیر کشت آبی شامل 3/6 میلیون هکتار زمین زراعی و 2/1 میلیون هکتار باغ مصرف می شود. برنامه ریزان کشاورزی (FAO) معتقدند برای تامین مواد غذایی سه نفر در سال، یک هکتار زمین کشاورزی مورد نیاز است. بنابراین برای 70 میلیون جمعیت فعلی کشور، سطح زیر کشت آبی باید به میزان قابل توجهی افزایش یابد. در حال حاضر راندمان آبیاری که عمدتاً بصورت غرقابی می باشد، بین 30 الی 40 درصد تخمین زده می شود [10].
ارزیابی شبکه آبیاری سد دز در طول 9 سال (1361-1369) نشان می دهد که متوسط بازدهی کل آبیاری با 21 درصد، از متوسط بازدهی در جهان سوم (35 درصد) نیز کمتر بوده است. در کشور امریکا با بکارگیری روشهای ترویجی و آموزش کشاورزان و تحقیقات توانسته اند میزان مصرف آب در هر هکتار را در طی سالهای 1980 تا 1995 میلادی 16 درصد کاهش دهند.
میزان مصرف آب برای آبیاری محصولات مهم کشاورزی نیز در مقایسه با نرمهای جهانی بسیار بالا است. جدول 8 مقدار متوسط مصرف آب اقلام مهم کشاورزی در کشور را در مقایسه با مصرف جهانی نشان می دهد [11].

جدول 8- مقایسه مصرف آب کشاورزی در آبیاری انواع محصولات

مصرف جهانی (مترمکعب در هکتار)
مصرف در ایران (مترمکعب در هکتار)
گندم (شتوی)
6500-4500
6400
صیفی جات
10500-7000
17900
چغندرقند
7500-5500
14000-10000
برنج
7000-4500
10000-8000
نیشکر
25000-15000
20000-18000
ذرت
8000-5000
12000-10000

قیمت گذاری فعلی آب کشاورزی براساس حجم آب مصرفی نیست؛ لذا باید ترتیبی اتخاذ گردد تا در مصارف کشاورزی نیز قیمت براساس حجم آب برآورد گردد تا موجب افزایش راندمان آبیاری و مدیریت مصرف آب در کشاورزی گردد. همچنین مشاهده بیلان مالی مجموعه شرکتهای آب منطقه ای در دوره 1348-1372 نشان می دهد که در طی این سالها آب بهای دریافتی از کشاورزان همواره کمتر از هزینه های نگهداری، بهره برداری و جاری بوده و در نتیجه شرکتهای آب منطقه ای که تقبل کننده هزینه های نگهداری و بهره برداری تاسیسات احداث شده بودند، بدون دریافت کمک از بودجه عمومی قادر به ایجاد موازنه در تراز حسابهای مالی خود نبودند. جدول 9 مقایسه هزینه های جاری و آب بهای دریافتی در بعضی از شبکه های آبیاری موجود کشور را نشان می دهد.

جدول 9- مقایسه هزینه های جاری و آب بهای دریافتی در بعضی از شبکه های آبیاری موجود کشور (1375)
شبکه آبیاری
مساحت اراضی (هزار هکتار)
هزینه
(هزار ریال)
آب بهای دریافتی (درآمد) (هزارریال)
تراز هزینه -درآمد
درصد کمبود
زاینده رود
125
1776308
1602950
173358-
9،7
سفیدرود
267
4141649
4050740
90909-
2،1
درودزن
116
2247086
1390777
856309-
38،1
گتوند
47
2200487
1482117
718370-
32،6
گلپایگان
7
384218
137522
246696-
64،2
قزوین
80
4778221
2227240
2550981-
53،4
جمع کل
642
15527969
10891346
4636623-
29،9

آب صنعت
در بخش صنعت نیز الگوهای مصرف بدرستی تنظیم نشده و هیچ مطالعه گسترده ای از وضعیت مصرف آب صنایع بزرگ و پتانسیل صرفه جویی در آنها به چشم نمی خورد و بهره برداری در حدی بسیار پایین تر از استانداردهای جهانی است.
حجم کل آب برداشتی کارگاههای صنعتی کشور در سال 1366 معادل 574 میلیون مترمکعب بوده که 46 درصد آن از منابع زیرزمینی کشور و 54 درصد از منابع آب سطحی تامین شده است [28]. در سال 1377، صنایع کانی و غیرفلزی با یک میلیارد مترمکعب و صنایع غذایی با حدود 600 میلیون مترمکعب مصرف آب سالانه در مقام اول و دوم مصرف آب قرار می گیرند.
امروزه در جهان ملاحظات زیست محیطی از یک طرف و هزینه های ناشی از تولید پسابها از طرف دیگر، واحدهای تولیدی را مجبور به توجه خاص نسبت به کاهش مصرف آب کرده است. در این راستا طراحان سعی می کنند که با انتخاب مناسب فرایند تولید و کاربرد حداقل مواد اولیه لازم، به نحوی عمل کنند که میزان مصرف آب و در نتیجه تولید پساب به حداقل ممکن تقلیل یابد. این دیدگاه هزینه تصفیه پسابها و دفع آنها را کاهش می دهد و از آلودگی و ویرانی اکوسیستم طبیعی نیز جلوگیری می کند.
هم اکنون باتوجه به اهمیت برنامه های کاهش مصرف آب در حفظ منابع آب، این طرح در بسیاری از کشورهای جهان به شکل یک حرکت ملی درآمده است. در کشورهای توسعه یافته و پیشرفته، برنامه های کاهش مصرف آب به شکل دقیق و درون و با مدیریتی صحیح انجام می شوند. همچنین در بسیاری از کشورهای در حال توسعه حرکتهای موثری در اجرای طرحهای کاهش مصرف آب در حال انجام است. فعالیتهای انجام شده در جهت انجام این برنامه ها در کشورهایی مانند هندوستان، چین، تایوان، و دیگر کشورهای در حال توسعه گویای این مطلب است.
در مطالعه ای که در سال 1375 بر روی پالایشگاه تهران انجام پذیرفت نشان داده شد که به سهولت می توان آب مصرفی این مجتمع که به مصارف مختلفی از جمله تولید بخار، تزریق به برج خنک کننده به عنوان آب جبرانی، شستشوی واحدها، مصرف آتش نشانی، آشامیدنی و تعمیرات اساسی می رسد را تا حدود 35 درصد کاهش داد. این مجتمع روزانه 000 20 مترمکعب آب از شبکه آب تهران دریافت می کند [12].
در مطالعه دیگری که در سال 1380 بر روی کارخانه قند اصفهان صورت گرفت، نشان داده شد که با اعمال روشهای پیشنهادی کاهش مصرف آب در مرحله اول، میزان مصرف آب تازه کارخانه از 338 مترمکعب به کمتر از 150 مترمکعب به ازای هر صد تن چغندرقند کاهش می یابد. در این مطالعه ضمن ارائه برنامه کاهش مصرف آب در مراحل بعدی نشان داده شده که می توان میزان مصرف آب تازه کارخانه را تا میزان 50 مترمکعب به ازای صد تن چغندر نیز کاهش داد [30].
در مطالعات مشابهی که در نقاط مختلف جهان صورت گرفته نشان داده شده که به راحتی می توان با ممیزی آب در کارخانه ها، تا 40 درصد در مصرف آب صنایع صرفه جویی نمود [31].
قیمتهای واقع بینانه و بالاتر آب، مشاوره فنی و آموزش می تواند مصرف آب و صرفه جویی آن را در واحدهای صنعتی و کارگاهها تشویق نماید.

فصل دوم

روش های تصفیه پس آب

(تصفیه با استفاده از خاک های شاخص بنتونیت توفیت تالک و زئولیت)

2. تصفیه پساب صنایع پتروشیمی و نفت با استفاده از خاک های شاخص بنتونیت توفیت تالک و زئولیت به عنوان لخته کننده

2-1. مواد و روش ها:
دانه بندی و تهیه سن گ های انتخابی توفیت، زئولیت،بنتونیت و تالک سنگ هایی که مورد استفاده قرار می گیرند باید یک سری عملیات روی آن صورت گیرد تا بتوان آن را به شکل قابل استفاده برای تصفیه درآورد. سنگ های انتخابی بیشتر به صورت کلوخ و یا تکه های کنده شده از معدن است که باید بعد از استخراج آن را خرد کرده و سپس به اندازه های ذیل تهیه کرد.
همه نمونه های مورد استفاده ، قابل دانه بندی هستند و می توان در مرحله نخست آن را به وسیله ی دستگاه خردکن خرد کرد و سپس به وسیله الک های درجه بندی شده، آن خا کها را دان هبندی کرد. در آزمایشگاه باید الک های مناسب را انتخاب کرد و آنها را از بزرگ به کوچک روی هم قرار داد و ک مکم مقدارهای خاک خرد شده را در الک بالایی ریخته و دستگاه را روشن کرد.
حرکت لرزشی باعث الک کردن شده و مشاهده می شود که الک کوچک تر مقدار کمی از پودر مناسب را از خود عبور می دهد.
برای عبور دان ههای خاک از سوراخ های الک می توان از آب همراه با فشار استفاده کرد تا دان ههای مناسب از الک عبور کند.
سپس عملیات خشک کردن و خر دکردن را دوباره انجام داد.

2-2.عملیات فعال سازی:
برای بالا بردن سطح تماس فعال و بازده بهتر و خواصکاتالیستی می توان از دو روش ذیل برای فعال سازی استفاده کرد:
2-2-1. فعال سازی به روش شیمیایی
2-2-2. فعال سازی به روش تخلخل

2-2-1. فعال سازی به روش شیمیایی:
همواره کانی ها، حاوی مقداری ناخالصی و ذره های آهکی هستند که باید از محیط عمل خارج شوند، زیرا هم در میزان مصرف دقیق خاک و هم یکنواخت سازی عمل واکنش ، لازم و ضروری است. بدین منظور از سولفوریک اسید و کلریدریک اسید تجاری ٥ درصد، می توان استفاده کرد. با افزایش مقدارهای لازم اسید و زمان لازم برای انجام واکنش که به طور معمول بین ٣ تا ٤ ساعت است و انجام یک مرحله حرارتی (بین ٧٠ تا ٨٠ درجه سانتی گراد) رسوبات آهکی باقی مانده در کانی ها را می توان جداسازی کرد. در این عملیات سطوح فعال کانی ها چند برابرمی شود و سبب می شود که خاک های مورد استفاده فعالیت بیشتری را از خود نشان دهد. عملیات حرارتی را به طور حتم باید انجام داد تا در موردهایی که اسید نمی تواند خوب عمل کند، حرارت لازم، واکنش را کامل کند.
در نتیجه بهتر می توان خاک فعال را به دست آورد. هر چه عملیات فعال سازی با دقت بیشتری انجام شود، نتیجه بهتری در کار خواهیم داشت. سپس عملیات شستشو را روی خاک انجام می دهیم.

تا pH آب شستشو به PH=7 برسد. بعد از این مرحله باید اطمینان حاصل کنیم که خاک، حاوی ذره های معلق و کدورت زا نیست.
به همین منظور کار صاف کردن را نیز چند بار انجام می دهیم تا آب حاصل از پایین صافی، به صورت شفاف درآید. در غیر این صورت به طور حتم در حین آزمایش ما با نتیجه های نادرستی از عمل انعقاد برخورد خواهیم کرد. در صورت وجود چنین ذره هایی باید عمل اسیدی کردن و حرارت دادن را تکرار کرد تا به طور کامل تمام ذره های آهکی حذف شوند. بعد از خشک کردن باید دوباره آن را به صورت پودر درآوریم تا قابل استفاده برای لخته سازی باشد .
2-2-2. فعال سازی به روش تخلخل:
در این روش خاک آماده شده را باید در کوره قرار داد و حرارت دادن را تا حداکثر ١٢٠٠ درجه سانتی گراد افزایش داد. این کار باعث ایجاد یک انبساط درونی در خاک میشود و مجراهای تخلخل خاک را باز می کند. این حفره ها در داخل و پوسته خاک ظاهر می شوند که این عمل را کلسینه کردن می گویند.
با بالا رفتن دما، اول آب های هیدراته و گاز CO2 حاصل از عمل کلسینه کردن از محیط خاک خارج م یشوند و سطوح فعال را به حداکثر خود می رساند ولی باید به طور حتم به این نکته توجه کرد که نباید ساختار بلوری خاک ها دچار دگرگونی شود، زیرا این عمل باعث می شود که نتیجه های نادرستی به دست آید و نه تنها عمل لخته سازی صورت نگیرد بلکه کدورت بیشتری ایجاد شود.
بدین وسیله کلیه ی ناخالصی ها و عامل هایی را که برای ایجاد لخته سازی مشکل آفرین هستند از محیط عمل خارج کرده و بهترین خاک را با بهترین شرایط به دست آورده ایم. در صورت عدم مطلوب بودن نتیجه های آزمایشگاهی، همین اعمال را تکرار خواهیم کرد.[13]

2-3. انتخاب محل نمونه برداری به عنوان حالت بهینه و تهیه نمونه های مصنوعی و حقیقی

2-3-1. نمونه مصنوعی:
بیشتر روغ نهای امولسیونه در واحدهای صنعتی فراورده های نفتی و پتروشیمی هستند که برای روان کاری و یا خن ککاری به کار می روند. بستگی به طبیعت و نوع استفاده ، این مواد حاوی
مواد اضاف هشده از ترکیب های آلی هستند که در پسا بهای صنعتی آ غشته به روغن در برخی از محیط های صنعتی یافت می شوند. لذا نمون های از ٥ درصد روغن سوخته ماشین و ٥ درصد روغن معمولی موتور را انتخاب کرده که حاوی مقدارهای مختلفی از ترکیب های حلقوی و نمک های مربوط و هیدروکربورهای خطی است که در اصطلاح هیدروکربن معدنی گفته می شود . بعد از آنکه هیدروکربورهای معدنی در آب تهیه شد و در ١٠٠ درجه سانتی گراد به مدت چند ساعت آن را حرارت دادیم، آن را به مدت نیم ساعت رفلاکس می کنیم. مشاهده می شود که نمونه، به صورت عام و اختیاری انتخاب شده است و همین انتخاب روی هر روغن معدنی نیز می تواند انجام گیرد.

2-3-2. نمونه حقیقی:
پساب حاوی روغن های امولسیون شده پتروشیمی اغلب دارای ترکیب های موجود در بند مربوط به نمونه مصنوعی است. البته در واحدهای تولیدی پیشرفته از نشت چنین روغن هایی به بیرون از سیستم حفاظت می شود. درضمن در پالایشگاه ها و پتروشیم یها در پسا بهای خروجی احتما ً لا مخلوطی از انواع روغ نها و یا فراورده های نفتی دیگر وجود دارد که در مشابه سازی آنها در آزمایشگاه به اشکال فنی برخورد می کنیم.
TUR و ١ TOC را ابتدا بدون افزایش خاک و سپس با TUR و ١ TOC افزایش خاک در مقدارهای متفاوت اندازه گیری می کنیم.
عامل هایی که در مقدار TOC موثر است بستگی به سطوح تماس خاک ها دارد. اگر از خا کهایی با مش بزرگ کوچکتر از ٥ میلی متر استفاده شود سطوح تماس زیادتر است و نتیجه به دست آمده بهتر است. نتیجه های، زمان بیشتر و درصد خاک زیادتری را برای رسیدن به نتیجه مطلوب می خواهد و زمانی که نتیجه ها را بررسی م یکنیم درخواهیم یافت که مش های کوچک تر، بازده بالاتری را به ما می دهند. در این مرحله مقدارهای مربوط به بازدهی خا کها را بررسی میکنیم. بعد از اضاف ه کردن خاک و رسو بدهی TOC را که در فاز بالایی باقی مانده است به دست آورده و باقی مانده TOC یا روغن امولسیون شده در لخته های رسوب کرده موجود است و برای این که تصور درستی از داده ها داشته باشیم آن را به شکل منحنی رسم می کنیم[14] .

2-4. انتخاب خاک ها ی قابل دسترس:
به خاطر وسعت کار و انجام آزمایش های متفاوت و در دسترس بودن خاک های متفاوت، کار خود را روی چهار نوع خاک که در منطقه آذربایجان شرقی یافت می شود متمرکز کردیم.
خاک هایی که در منطقه وجود دارد با توجه به نیاز به شرح ذیل است:
١ – توفیت
2- بنتونیت
٣ – تالک
٤- زئولیت

فصل سوم

روش های تصفیه پس آب

(تصفیه پساب با استاده از روش فناوری نانو )

3. روش فناوری نانو در تصفیه پسآب
این گزارش مروری بر انواع کاربردهای فناوری نانو در تصفیه آب است و برای نشان دادن هر یک از آنها، به مثال های ویژه ای از نوآوری های فناوری نانو اشاره می شود. باید توجه داشت که در حوزه فناوری نانو محصولات و روش های بسیار دیگری توسعه یافته، یا می توانند موجود باشند و اینکه بسیاری از اطلاعات موجود درباره این مثال ها مبتنی بر اطلاعاتی است که تولیدکنندگان منتشر کرده اند. از آن جایی که این محصولات هنوز در بازار موجود نبوده، یا مدت زیادی از حضورشان در بازار نمی گذرد، مطالعات پراکنده ای نسبت به عملکرد آنها در حال انجام است. این متن به اطلاعات موجود درباره خطرات ناشی از این فناوری برای سلامت بشر یا محیط زیست اشاره ندارد؛ چرا که این موضوع نیازمند بحث جداگانه ای است.

3-1. فناوری نانولوله های کربنی:

3-1-1. غشاهای نانولوله ای
نانولوله های کربنی می توانند برای تشکیل غشاهایی با تخلخل نانومتری و دارای قابلیت جداسازی آلودگی ها، به طور یکنواخت هم راستا شوند. تخلخل های نانومتری نانولوله ها این فیلترها را از دیگر فناوری های فیلتراسیون بسیار انتخاب پذیرتر نموده است. همچنین نانولوله های کربنی دارای سطح ویژه بسیار بالا، نفوذپذیری زیاد و پایداری حرارتی و مکانیکی خوبی هستند. اگر چه چندین روش برای سنتز نانولوله های کربنی استفاده شده است، غشاهای نانولوله ای می توانند به وسیله پوشش دهی یک ویفر سیلیکونی با نانوذرات فلزی به عنوان کاتالیست، که موجب رشد عمودی و فشردگی بسیار زیاد نانولوله های کربنی می شود، سنتز شوند و پس از آن برای افزایش پایداری، فضای بین نانولوله های کربنی را با مواد سرامیکی پر نمود.[15]
حذف آلودگی ها
مطالعات آزمایشگاهی نشان می دهد که غشاهای نانولوله ای می توانند تقریباً همه انواع آلودگی های آب را حذف کنند؛ این آلودگی شامل باکتری، ویروس، ترکیبات آلی و تیرگی است. همچنین این غشاها نویدی برای فرایند نمک زدایی و گزینه ای برای غشاهای اسمز معکوس هستند.
مقدار تصفیه آب
اگر چه تخلخل نانولوله های کربنی به طور قابل توجهی کوچک است، غشاهای نانولوله ای نشان داده اند که به خاطر سطح داخلی صاف نانولوله ها، شدت جریان بیشتر یا یکسانی نسبت به تخلخل های بسیار بزرگ تر دارند.

هزینه
با توسعه روش های جدید و بسیار موثر برای تولید نانولوله های کربنی، هزینه تولید غشاهای نانولوله ای به طور پیوسته کاهش می یابد. بر اساس پیش بینی برخی منابع، به دلیل کاهش قیمت نانولوله های کربنی، غشاهای نانولوله ای بسیار ارزان تر از سایر غشاهای فیلتراسیون، غشاهای اسمز معکسوس، سرامیک و غشاهای پلیمری خواهد شد. از آن جا که نانولوله های کربنی شدت جریان بالایی را نشان می دهند، فشار مورد نیاز برای انتقال آب نسبت به فرایند نمک زدایی با اسمز معکوس، کاهش می یابد و به دلیل این ذخیره انرژی، نمک زدایی با استفاده از فیلترهای نانولوله ای بسیار ارزان تر از اسمز معکوس خواهد بود. انتظار می رود غشاهای نانولوله ای بسیار بادوام تر از غشاهای متداول باشند و استفاده مجدد از آنها بازدهی فیلتراسیون را کاهش ندهد.
روش مصرف
غشاهای نانولوله ای می توانند در گزینه های مشابهی به عنوان غشاهای میکروفیلتراسیون و اولترا فیلتراسیون استفاده شوند. مطالعات نشان می دهد که این مواد بادوام و در برابر گرما مقاومند و تمیز کردن و استفاده مجدد از آنها ساده است و با استفاده از فرایند اولتراسونیک و اتوکلاو درC ْ۱۲۱ در مدت ۳۰ دقیقه تمیز می شوند.
توضیحات تکمیلی
انتظار می رود در پنج الی ده سال آینده، شاهد ورود غشاهای نانولوله ای نمک زا به بازار باشیم. اخیراً محققان برای غلبه بر چالش های مرتبط با افزایش مقیاس فناوری، فعالیت های تازه ای را مدنظر قرار داده اند.
3-1-2. نانوغربال ها:
آزمایشگاه های سلدن (Seldon)، چندین طرح مبتنی بر فیلترهای نانوغربال را توسعه داده اند. نانوغربال از نانولوله های کربنی جفت شده با یکدیگر تشکیل می شود که روی یک زیرلایه متخلخل و منعطف قرار گرفته اند. و می توان برای تشکیل فیلترهای شبه کاغذی، آنها را روی یک زیرلایه صاف و یا لوله ای قرار داد، با این کار توانایی پیچیده شده شدن به اطراف هر ساختار استوانه ای متداول و یا هر ساختار دیگری را به دست می آورند، همچنین برای افزایش سطح فیلتر می توان نانوغربال های مسطح را تا زد. اخیراً در آزمایشگاه های مذکور چندین نمونه فیلتر قابل حمل مبتنی بر این فناوری، برای خالص سازی آب ساخته شده اند؛ این فیلترها در اندازه قلم بوده و تحت عنوان ابزارهای فیلتراسیون نی مانند به نام water stick معروف هستند.

حذف آلودگی ها
از نانوغربال ها می توان در حذف گستره وسیعی از ترکیبات آلی و معدنی و یا مواد زیستی استفاده کرد. این فیلتر می تواند از چندین لایه نانولوله کربنی ساخته شود که هر لایه قابلیت حذف نوع متفاوتی از ترکیبات را دارد. نانوغربال های مورد استفاده در Water stick توانایی حذف بیش از ۹۹/۹۹ درصد از باکتری ها، ویروس ها، کیست ها، میکروب ها، کپک ها، انگل ها، و همچنین کاهش قابل توجه آرسنیک و سرب را دارند. نانوغربال های چند عملکردی نیز مانند ترکیبات معدنی اعم از فلزات سنگین، کودها، فاضلاب های صنعتی و دیگر مواد می توانند ترکیبات آلی از قبیل Pesticideها و herbicideها را حذف نمایند. همچنین می توان فیلتر را با یک لایه ضدباکتری برای جلوگیری از تشکیل فیلم بیولوژیکی پوشاند. در حال حاضر آزمایشگاه های سلدن مشغول ارتقای این فناوری برای استفاده از آن در نمک زدایی از آب دریا هستند.
مقدار تصفیه آب
نانوغربال ها در مقایسه با دیگر ابزارهای فیلتراسیون که دارای همان اندازه تخلخل هستند، به دلیل خواص انتقال جرم سریع نانولوله ها، بدون استفاده از فشار، شدت جریان مناسبی را تامین می کنند. در یک فیلتر نمونه با قطر پنج سانتی متر شدت جریان شش لیتر بر ساعت مشاهده شده است. همچنین water stick برای تصفیه یک لیتر آب آلوده در ۹۰ ثانیه طراحی شده است. این فیلتر، در طول عمر مفیدش ۲۰۰ تا۳۰۰ لیتر آب تولید می کند؛ اگر چه این مقدار می تواند با تغییرات پیش از فیلتراسیون افزایش داده شود.[16]
هزینه
آزمایشگاه سازنده برای قیمت گذاری water stick یک طرح رقابتی را با دیگر فناوری های مشابه در نظر دارد، تا این فناوری برای مردم کشورهای در حال توسعه قابل استفاده باشد.
روش مصرف
Water stick که شبیه نی نوشیدنی طراحی شده آب تمیز آشامیدنی تولید می کند. اخیراً نمونه ای از Water stick به گونه ای طراحی شده است که می توان وسیله ای با فیلتر قابل تعویض را طراحی کرد. علاوه بر این هنگامی که عمر مفید این فیلتر به پایان می رسد، به طور اتوماتیک جریان را متوقف می کند. نانوغربال ها توان ترکیب با دیگر ابزارهای فیلتراسیون را دارند.
توضیحات تکمیلی
آزمایشگاه های سلدن، سیستم تولیدی را برای تولید نانوغربال ها توسعه داده اند؛ این سیستم دارای صرفه اقتصادی، ظرفیت تولید ۲۷۶ متر مربع بر ماه است که هر متر مربع برای ۳۹۶ فیلتر کافی است. در حال حاضر پزشکان آفریقایی نمونه ای از water stick را مورد استفاده قرار داده اند.
3-2. روش های دیگر نانوفیلتراسیون:

3-2-1. فیلتر آلومینای نانولیفی:
شرکت Argonide فناوری جاذب های نانولیفی را به صورت کارتریج فیلترهای نانوسرام عرضه کرده است. این جاذب ها از نانوالیاف آلومینا با بار مثبت روی زیرلایه شیشه ای تشکیل شده اند. نانوالیاف آلومینا سطح بیشتری نسبت به الیاف متداول داشته و بار مثبت بالایی دارند که باعث جذب سریع تر آلودگی های باردار منفی از قبیل ویروس ها، باکتری ها و کلوئیدهای آلی و غیرآلی می شود.
حذف آلودگی ها
فیلترهای نانوسرام بیش از ۹۹/۹۹ درصد ویروس ها، باکتری ها، انگل ها، ترکیبات آلی طبیعی، DNA و کدری را حذف می کند، همچنین دارای قابلیت جذب ۹/۹۹ درصد از نمک ها، مواد رادیواکتیو و فلزات سنگین از قبیل کروم، آرسنیک و سرب را هستند، حتی اگر ذرات، نانومقیاس و یا حل شده باشند. فیلترهای نانوسرام در PH بین پنج تا ۹ بهتر عمل می کنند.
مقدار تصفیه آب
شدت جریان فیلترهای نانوسرام بدون استفاده از فشار حدود یک تا ۵/۱ لیتر بر ساعت، به ازای هر سانتی متر مربع از فیلتر است. حداکثر فشار چهار bar می تواند به فیلتر اعمال شود که منجر به شدت جریان ۹ تا ده لیتر بر ساعت به ازای هر سانتی متر مربع از فیلتر خواهد شد. کارتریج فیلترهای نانوسرام دارای یک طراحی تاخورده است که سطح آنها را افزایش می دهد. همچنین طبق گزارش فیلتر به طور متوسط مقاومت عملکردی بالایی نسبت به غشاهای بسیار متخلخل دارد.
هزینه
شرکت آرگوناید (Argonide) هزینه تولید فیلترهای نانوسرام را ارزان اعلام کرده است؛ چرا که آنها می توانند با استفاده از فناوری کاغذسازی تولید شوند. در حال حاضر هر متر مربع فیلتر ده دلار هزینه برمی دارد، که ممکن است این مقدار به سه دلار برسد. کار تریج فیلترها به ازای ۲۰-۲۰۰ فیلتر، وابسته به قطر آنها در حدود ۳۷ دلار هزینه دارند. صفحات فیلتر می توانند با قرار گرفتن در اطراف لوله های فلزی، بین دو فیلتر متداول و یا در یک نگهدارنده مجزا، هزینه نهایی فیلتر را کاهش دهند. فیلترهای نانوسرام به جای جمع آوری ذرات بسیار ریز بر روی سطح، آنها را جذب می کنند؛ بنابراین نسبتاً عمر مفید و طولانی تری دارند.[17]

روش مصرف
مطابق با توصیه های شرکت آرگوناید، فیلترهای نانوسرام به تصفیه های پیشین و یا پسین، تمیز کردن، شارژ مجدد فیلتر و یا از بین بردن مواد زاید خطرناک نیاز ندارند. این فیلترها به طور همزمان ترکیبات شیمیایی و بیولوژیکی را بدون استفاده از مواد گندزدای شیمیایی و یا مواد منعقدکننده، حتی در آب های شور بسیار کدر حذف می کنند.
توضیحات تکمیلی
به گفته شرکت آرگوناید، فیلترهای نانوسرام می توانند پودرهای بسیار ریز فلزی حذف شده را برای کاربردهای صنعتی بازیافت کنند.

3-2-2. نانوالیاف جاذب جریان:
شرکت KX طرحی از فیلترهای جاذب جریان شامل نانوالیاف را با هدف استفاده در کشورهای در حال توسعه بهره برداری کرده است. فیلتر شامل یک لایه پیش فیلتراسیون برای حذف چرک ها، یک لایه جاذب برای حذف آلودگی های شیمیایی و یک لایه نانوالیاف برای حذف آلودگی ها و ذرات کلوئیدی است. نانوالیاف از چندین پلیمر آب دوست، رزین ها، سرامیک ها، سلولز، آلومینا و دیگر مواد ساخته می شوند. این فناوری در مقیاس های خانگی و شهری قابل دسترسی است.
حذف آلودگی ها
طبق گزارش ها، فیلترهای سطح فعال بیش از ۹۹ درصد از باکتری ها، ویروس ها، انگل ها، آلودگی های آلی و دیگر آلودگی های شیمیایی را حذف می کنند.
مقدار تصفیه آب
طبق اعلام شرکت سازنده، مقیاس خانگی فیلترهای سطح فعال می تواند به ازای هر فیلتر۳۷۵ لیتر آب را با سرعت چهار تا شش لیتر بر ساعت تولید کند. در مقیاس روستایی بیش از ۷۵۰۰ لیتر بر روز با سرعت ۶/۵ لیتر بر دقیقه تولید می کند. در مقیاس روستایی هر فیلتر برای بیش از ۹۵ هزار لیتر آب موثر است.
هزینه
انتظار می رود فیلترهای خانگی شش تا۱۱ دلار فروخته شوند و فیلترهای جایگزین برای آنها ۸/۰تا۹/۰ دلار هزینه دربر خواهد داشت؛ یعنی ۰۰۲/۰ دلار به ازای هر لیتر آب. همچنین فیلترهای روستایی بین ۱۰۰ تا ۱۵۰ دلار هزینه خواهند داشت که تقریباً ۰۰۰۳/۰ دلار به ازای هر لیتر است.

روش مصرف
طراحی فیلترهای سطح فعال به گونه ای است که بدون استفاده از تجهیزات وسیع، یا نگهدارنده به آسانی قابل استفاده باشند.

3-3. سرامیک های نانو حفره ای، کِلِی ها و دیگر جاذب ها:

3-3-1. غشای سرامیکی نانوحفره ای:
شرکت آلمانی AG Nanovation، طرحی از فیلترهای سرامیکی نانوحفره ای را تحت عنوان Nano pore و سیستم های فیلتراسیون غشایی را با مقیاس های متنوعی عرضه نموده است. فیلترهای غشایی Nano pore از نانوپودرهای سرامیکی روی مواد پایه از قبیل آلومینا تشکیل شده اند و در اندازه های متفاوت و در دو شکل لوله ای و مسطح موجود هستند. این محصولات با استفاده از نانوپودرهای سرامیکی شرکت و تحت فرایندهای پیوسته تولید می شوند.
حذف آلودگی ها
طبق ادعای شرکت سازنده، فیلترهای غشایی Nanopore باکتری ها، ویروس ها و قارچ ها به طور موثر از آب حذف می کنند. علاوه بر این آزمایش های کیفی آب، Coliformها، fecal coliformها، Salmonella یا streptococci را در آب تصفیه شده نشان نمی دهند.
مقدار تصفیه آب
مقدار آب تولیدی وابسته به اندازه و شکل فیلتر و کیفیت آب تصفیه شده است. یک واحد فیلتراسیون با ابعاد cm 15× ۶۰×۱۲۰ سطحی معادل با ۲ m 11 ایجاد کرده، می تواند ۸ هزار لیتر آب آلوده را در روز تصفیه کند.[18]
هزینه
تولید سیستم های فیلتراسیون غشایی بر مبنای pore Nano با فرایندهای پیوسته که همزمان تمامی لایه های فیلتر مونتاژ می شوند، ارزان است؛ هنگامی که تمامی هزینه های فیلتراسیون که شامل حفظ، جایگزینی فیلترها، تمیز کردن عوامل و هزینه های عملیاتی است، با مواردی از قبیل عمر طولانی تر فیلتر، پایداری بیشتر و تمیز کردن کمتر همراه شوند، هزینه این فیلترها با فیلترهای پلیمری قابل رقابت می گردد.
روش مصرف
فیلترهای غشایی Nano pore با توجه به خواص ضدرسوبی بسیار شدید خود نیاز به تمیزسازی مکرر ندارند. همچنین می تواند به جای پاکسازی شیمیایی با بخار استرلیزه شود. غشاهای Nano pore نسبت به آلودگی های قارچی و باکتریایی، اصطکاک، اسید و بازهای غلیظ شده، دمای بالا و اکسیداسیون مقاوم هستند.

3-3-2. تک لایه های خودآرا روی پایه های مزوپروس (SAMMS):
آزمایشگاه ملی پاسیفیک نورث وست (PNNL) تک لایه های خود آرا روی پایه های مزوپروس را توسعه داده است. این فناوری از مواد سرامیکی یا شیشه ای با تخلخل نانومتری شکل گرفته است؛ به طوری که تک لایه ای از مولکول ها می توانند به یکدیگر متصل شوند. تک لایه و لایه مزوپروس، قابلیت برنامه ریزی شدن برای حذف آلودگی های خاصی را دارند. SAMMS نسبت به بسیاری از غشاها و فناوری های جاذب دیگر، جذب سریع تر، ظرفیت بالاتر و انتخاب پذیری بهتری را از خود نشان داده است. SAMMS برای حذف آلودگی های فلزی از آب آشامیدنی، آب های زیرزمینی و فاضلاب های صنعتی طراحی شده است.
حذف آلودگی ها
PNNL مدعی است که SAMMS 9/99 درصد از جیوه، سرب، کروم، آرسنیک، کادمیم، فلزات پرتوزا و دیگر سموم فلزی را جذب می کند. همچنین طبق گزارش ها، SAMMS می تواند برای حذف فلزات خاصی برنامه ریزی شود؛ ولی برخی فلزات از قبیل کلسیم، منیزیم و روی را حذف نمی کند. SAMMS برای حذف آلودگی های زیستی، یا آلی موثر نیست.
مقدار تصفیه آب
از SAMMS می توان در گستره وسیعی از کاربردها از تصفیه آب مصرفی گرفته تا تصفیه فاضلاب های صنعتی، استفاده کرد. این فیلترها سطح ویژه ای در حدود ۶۰۰ تا هزار متر مربع به ازای هر گرم دارند. تولید هر کیلوگرم SAMMS، ۱۵۰ دلار هزینه دارد که با نمونه ای از رزین تعویض یونی با هزینه ۴۲ دلار و کربن فعال با هزینه ۷۸/۱ دلار به ازای هر کیلوگرم قابل مقایسه است. همچنین برای حذف یک کیلوگرم جیوه، ۱۳ کیلوگرم SAMMS مورد نیاز است و در مقابل، ۱۵۴ کیلوگرم رزین تعویض یونی و ۴۰ هزار کیلوگرم کربن فعال مورد نیاز خواهد بود.
روش مصرف
SAMMS به پودری شکل و اکسترود شده است که می تواند برای فیلترهای تعویض یونی مناسب باشد. این فیلترها گاهی اوقات به منظور حذف آلودگی های جذب شده با یک محلول اسیدی احیا می شوند. آلودگی های ایجاد شده از احیای SAMMS طبق استانداردهای سازمان حفظ محیط زیست آمریکا غیرسمی بوده، می توانند به عنوان یک آلودگی متداول تصفیه شوند.[19]

3-3-3. :Arsenx
Arsenx، یک رزین جاذب متشکل از نانوذرات اکسید آهن آب دار روی یک زیرلایه پلیمری است و برای حذف آرسنیک و دیگر آلودگی های فلزی به کار می رود. نانوذرات، سطح ویژه بالا، ظرفیت بیشتر و سینتیک جذب سریع تری فراهم می نماید. Arsenx می تواند برای کاربردهای مصرفی کوچک و یا استفاده های صنعتی و شهری بزرگ طراحی شود، همچنین در و نیز در ابزارهای طراحی شده برای رزین های تعویض یونی مورد استفاده قرار گیرد.
حذف آلودگی ها
Arsenx موادی از قبیل آرسینک، وانادیم، اورانیوم، کروم، آنتیموان و مولیبدن را حذف و سولفات ها، کربنات ها، فلوریدها، کلریدها، سدیم، منیزیم و یا آلودگی های زیستی را حذف نمی کند.
مقدار تصفیه آب
شدت جریان عبوری آن بسیار وابسته به نوع ابزاری است که Arsenx استفاده می کند. بدون در نظر گرفتن طراحی سیستم، برای تماس بین Arsenx و آب ۵/۲ تا سه دقیقه زمان نیاز است. هر گرم Arsenx حدوداً ۳۸ میلی گرم آرسنیک را نگه می دارد.
هزینه
شرکت Solmetex اشاره می کند که با توجه به کم شدن ظرفیت Arsenx در طول احیاء، می تواند نسبت به جاذب های دیگر در طی حیاتش هزینه کمتری داشته باشد. هزینه اولیه سیستم وابسته به طراحی های متفاوت آن است، اما به طور متداول از ۰۷/۰ تا ۲/۰دلار به ازای هر هزار لیتر گزارش شده است که شامل هزینه های استهلاک و هزینه های عملیاتی و حفظ و نگهداری است.
روش مصرف
Arsenx به گفته شرکت Sometex می تواند به عنوان رزین های تعویض یونی در زمینه های مشابه مورد استفاده قرار گیرد. این فیلتر نیاز به پیش یا پس تصفیه نداشته و گاهی اوقات با محلول سود سوزآور احیا می شود و متناسب با سطح آلودگی، بعد از سه ماه تا یک سال خاصیت خود را از دست خواهد داد. گزارش ها حاکی از آن است که زیرلایه پلیمری Arsenx بادوام بوده و می تواند در گسترده دمایی یک تا ۸۰ درجه سانتی گراد عمل کند.

3-3-4. پلیمر حفره ای سیکلودکسترین:
سیلکودکسترین یک ترکیب پلیمری است که از ذراتی با حفره های استوانه ای تشکیل شده است؛ این ذرات می توانند آلودگی های آلی را جدا کنند.
پلیمر سیکلودکسترین را می توان به صورت پودر، دانه ای و یا لایه نازک برای استفاده در ابزارها و کاربردهای متفاوت تولید کرد. به هر حال پلیمر سیکلودکسترین برای تصفیه آب مصرفی استفاده شده و همچنین می تواند برای تصفیه در جای آب های زیرزمینی یا پاکسازی فاضلاب های شیمیایی آلی و نفتی نیز مورد استفاده قرار گیرد.[20]
حذف آلودگی ها
سیکلودکسترین گستره وسیعی از آلودگی های آلی شامل بنزن، هیدروکربن های پلی آروماتیک، فلورین ها، و آلودگی های حاوی نیتروژن، استن، کودها، Pesticidها و بسیاری دیگر را حذف می کند. آزمایش ها نشان می دهند که پلیمرسیکلودکسترین این آلودگی ها را تا حد ppt کاهش می دهد، در حالی که کربن فعال و زئولیت این آلودگی ها را تا حد ppm کاهش می دهد. همچنین پلیمر صدهزار مرتبه بیشتر از کربن فعال، ترکیبات آلی پیوند می دهد و بازدهی حذف یکسانی برای آب با غلظت آلودگی پایین را نشان داده است. پلیمرسیکلودکسترین تحت تاثیر رطوبت هوا قرار نگرفته، می تواند در نواحی مرطوب بدون اشباع یا غیرفعال شدن، مورد استفاده قرار گیرد. همچنین آلودگی های جذب شده را از خود عبور نمی دهد.
مقدار تصفیه آب
پلیمرسیکلودکسترین ظرفیت بارگذاری ۲۲ میلی گرم از آلودگی های آلی به ازای هر گرم از پلیمر را دارد، که با ۵۸ میلی گرم به ازاری هر گرم کربن فعال قابل مقایسه است. این پلیمر برای تماس با آب آلوده حدوداً به پنج ثانیه زمان نیاز دارد. و در حین احیا ظرفیت خود را از دست نداده، می تواند به طور نامحدودی استفاده شود.
هزینه
تولید پلیمرسیکلودکسترین، ارزان بوده است و می توان آن را مستقیماً از نشاسته، با تبدیل ۱۰۰ درصد تولید شود. انتظار می رود که تولید انبوه، هزینه آن را پایین تر از قیمت کربن فعال و زئولیت آورد. شرکت پژوهشی محصولات پلیمری اشاره می کند که روشی را جهت افزایش مقیاس این فرایند برای تولید مواد توسعه داده است. اخیراً شرکت پژوهشی Manhattan یک فناوری را برای کاربردهای مصرفی توسعه داده و اظهار می دارد که تولید انبوه موجب ارزان تر شدن پلیمر نسبت به سایر روش های حذف آلودگی های آلی خواهد شد.
روش مصرف
پودر سیکلودکسترین می تواند در ستون، کارتریج و یا فیلترهای بستری به گونه ای متراک شود که آب از آن بگذرد. سیکلودکسترین دانه ای می تواند مستقیماً در منبع یا لوله های آب به کار رود و لایه نازک آن می تواند روی زیر لایه ای از شیشه برای تشکیل غشاء قرار گیرد.
از همه اشکال متفاوت سیکلودکسترین می توان در ابزارهای طراحی شده برای فیلترها، غشاها و یا جاذب ها استفاده کرد.[21]
پلیمرسیلکودکسترین هم آب دوست و هم آب گریز است؛ لذا می تواند بدون استفاده از فشار برای جذب آب از میان تخلخل ها مورد استفاده قرار گیرد. پلیمر گاهی اوقات به احیا با استفاده از یک الکل ساده از قبیل اتانول یا متانول نیاز خواهد داشت و ممکن است به خاطر به ظرفیت بارگذاری پائین آن نسبت به کربن فعال و جاذب های دیگر به عملیات بیشتری نیاز داشته باشد.
توضیحات تکمیلی
آلودگی هایی که پلیمر سلیکودکسترین جذب می کند، می تواند بعد از احیا، برای کودها، Pesticideها و محصولات صنعتی دیگر بازیافت شود.

3-3-5. نانوکامپوزیت های پلی پیرون- نانولوله کربنی:
آزمایشگاه ملی پاسیفیک نورث وست یک غشای نانوکامپوزیتی شامل لایه نازکی از یک پلیمر جاذب موسوم به پلی پیرون را روی ماتریسی از نانولوله های کربنی که سطح مخصوص و پایداری غشا را افزایش می دهند، توسعه داده است. برخلاف جاذب های دیگر که به احیای شیمیایی نیاز دارند این غشاها می توانند به طور الکتریکی احیا می شوند.
حذف آلودگی ها
غشاهای پلی پیرون دارای نانولوله کربنی با بار مثبت است و می توان پرکلرات ها، سزیم، کروم و دیگر آلودگی های باردار منفی را حذف کند. همچنین غشاهای نانوکامپوزیتی می توانند برای حذف نمک طراحی شوند. از آنجا که پلی پیرون می تواند به طور منفی باردار شود، بنابراین این غشاء ذرات باردار مثبت از قبیل کلسیم و منیزیم را حذف می کند.[22]
مقدار تصفیه آب
غشاهای نانوکامپوزیتی پلی پیرون- نانولوله کربنی قابل استفاهه مجدد هستند آزمایش ها نشان می دهد که این غشاها بعد از صد دوره استفاده بسیار کم بازدهی خود را از دست می دهند. همچنین به خاطر خواص انتقال جرم سریع نانولوله های کربنی شدت جریان بالایی دارند.

هزینه
انتظار می رود که غشاهای پلی پیرون- نانولوله کربنی در استفاده طولانی مدت، نسبتاً کم هزینه باشند؛ چرا که آنها می توانند بدون از دست دادن قابل توجه ظرفیت جذب، احیا شده، استفاده شوند. این غشاها هزینه های مرتبط با خرید و ذخیره سازی مواد شیمیایی احیاکننده و تعلیم کاربران را ندارند. علاوه بر این، انتظار می رود که هزینه نانولوله های کربنی در پنج سال آینده بین ده تا صد برابر کاهش یابد.
روش مصرف
این غشاها آلودگی های ثانویه خطرناک تولید نمی کنند. با بکارگیری جریان الکتریکی، بار پلیمر خنثی شده و آلودگی های جذب شده، از غشا آزاد می شوند. با حذف آلودگی ها، پلیمر می تواند دوباره باردار شده و مجدداً استفاده شود.

3-4. زئولیت:

3-4-1. زئولیت های طبیعی، مصنوعی، زغال سنگ و ترکیبی:
زئولیت ها مواد جاذب با ساختار شبکه ای جهت تشکیل تخلخل ها هستند. آنها می توانند از منابع طبیعی به دست آمده و یا سنتز شوند. زئولیت های مصنوعی معمولاً از محلول های سیلیکون-آلومینیوم یا زغال سنگ ساخته شده و به عنوان جاذب یا ابزار تعویض یونی در کارتریج یا فیلترهای ستونی به کار می روند. شرکت فناوری های AgION ترکیبی از زئولیت ها و یون های نقره طبیعی با خواص ضدباکتری تولید می کند.[23]
حذف آلودگی ها
زئولیت ها به طور متداول برای حذف آلودگی های فلزی به کار می روند. زئولیت های طبیعی مکزیک و مجارستان، آرسنیک را از منابع آب آشامیدنی تا حد مورد پذیرش سازمان بهداشت جهانی کاهش می دهند. زئولیت های ساخته شده از زغال سنگ می توانند گستره ای از فلزات سنگین شامل سرب، مس، روی، کادمیم، نیکل و نقره را از آب آلوده جذب کنند. همچنین می توانند تحت شرایط خاصی کروم، آرسنیک و جیوه را جذب کنند. ظرفیت جذب زئولیت ها متاثیر از چند عامل؛ ترکیبشان، PH آب و غلظت انواع آلودگی هاست. به عنوان مثال تاثیرات PH آب بر روی سطح باردار شده منفی و یا مثبت زئولیت قابل ذکر است. همچنین با توجه جذب آسان سرب و مس در زغال سنگ، غلظت بالای این مواد، مقدار کادمیم و نیکل حذف شده را کاهش می دهد. ترکیبات زئولیت- نقره AgIoN، بازدهی را در مقابل میکروارگانیسم ها که شامل باکتری ها و کپک هاست، ارتقا می دهند. زئولیت نمی تواند آلودگی های آلی را به قدر کافی حذف کند، همچنین رطوبت هوا در اشباع زئولیت ها دخالت داشته، موجب کاهش بازدهی آنها می شود.
مقدار تصفیه آب
مقدار آبی که زئولیت ها می توانند تصفیه کنند، وابسته به منبع زئولیت و ابزاری است که آنها استفاده می کنند. در مورد زئولیت های زغال سنگ، محتوای کربن این ماده به طور قابل توجهی سطح مخصوص و در نتیجه ظرفیت جذب زئولیت را تحت تاثیر قرار می دهند.
هزینه
زئولیت ها را می توان به طور ارزان تولید کرد زیرا منبع آنها به طور طبیعی و فراوان در دسترس است. در امریکا زئولیت های دانه ای برای کاربردهای صنعتی و کشاورزی بین ۳۰ تا ۷۰ دلار به ازاری هر تن و برای محصولات مصرفی بین ۵/۰ تا ۵/۴ دلار به ازای هر کیلوگرم هزینه دارند.
روش مصرف
چگونگی مصرف زئولیت ها بسیار وابسته به نوع ابزاری است که در آن استفاده می شوند. این ابزار می تواند شامل رزین های تعویض یونی، کارتریج و ابزارهای ستونی و غیره باشند. علاوه بر این زئولیت ها گاهی اوقات به احیا با یک محلول اسیدی نیاز دارند. مصرف زئولیت های زغال سنگ ممکن است مشکل ساز باشد، چرا که مطالعات نشان می دهند مقادیری از آلودگی های سرب، کادمیم، کروم، مس، جیوه، روی و دیگر آلودگی ها می توانند از زغال سنگ گذشته و موجب آلودگی خاک، آب های زیرزمینی و آب شوند. همچنین مشخص شده است که مقادیر آرسنیک و منیزیم عبور کرده از Fly ash بسیار بیشتر از مقادیر توصیه شده سازمان بهداشت جهانی است. ترکیبات زئولیت نقره AgION نیاز به پاک سازی مکرر دارند، زیرا پوشش ضدباکتری نقره از تشکیل آلودگی های بیولوژیکی روی فیلتر جلوگیری می کند و در این صورت نیاز به ذخیره سازی و مصرف احیاء کننده های شیمیایی مرتفع می شود.[24]

3-5. فناوری های مبتنی بر نانوکاتالیست ها:

3-5-1. نانوذرات آهن خنثی:
نانوذرات آهن خنثی (NZVI) برای تصفیه درجا و غیردرجای آب های زیرزمینی استفاده می شوند. این ماده همزمان یک جاذب و یک عامل احیاکننده است، همچنین موجب می شود که آلودگی های آلی به ترکیبات کربنی با درجه سمیت کمتری شکسته شوند و فلزات سنگین کلوخه شده، به سطح خاک بچسبند. NZVI را می توان برای تصفیه درحا مستقیماً به منابع آب های زیرزمینی تزریق کرد، یا می توان از آن در غشاها برای کاربردهای خارجی استفاده کرد. همچنین NZVI دو فلزی که در آن نانوذرات آهن با یک فلز ثانویه از قبیل پالادیم برای افزایش فعالیت آهن پوشیده می شوند، موجود است. NZVI بسیار فعال بوده و سطح مخصوص بالایی نسبت به ZVI دانه ای دارد.
حذف آلودگی ها
NZVI می تواند برای فرآوری گستره وسیعی از آلودگی های متداول زیست محیطی، مثل متان کلردار، بنزن کلردار، Pesticideها، رنگ های آلی، تری هالومتان ها، PCBها، آرسنیک، نیترات و فلزات سنگین از قبیل جیوه، نیکل و نقره استفاده شود. همچنین ممکن است توانایی کاهش پرتوهای رادیویی را داشته باشد. پالادیم پوشیده شده با NZVI نشان داده است که همه ترکیبات کلردار را در مدت هشت ساعت تا زیر مقادیر قابل رویت کاهش می دهد. این در حالی است که NZVI معمولی برای حذف بیش از ۹۹ درصد از این ترکیبات به ۲۴ ساعت نیاز دارد. نانوذرات نسبت به آلودگی ها، برای یک دوره شش الی هشت هفته ای، فعال باقی می مانند. NZVI نشان داده است که در گستره وسیعی از PHها و دماهای خاک و مقادیر Nutrient موثر است.
مقدار تصفیه آب
مقدار آب زیرزمینی که NZVI می تواند فرآوری کند، وابسته به کیفیت آهن، شامل تعداد دفعاتی که استفاده مجدد شده است؛ نوع زیرلایه مورد استفاده، کیفیت آب معدنی برای تولید محلول قابل تزریق، شامل مقدار اکسیژن، مقدار و نوع ذرات ریز در محلول، است. دریک مطالعه موردی، سطحی با مساحت صد مترمربع را ۰۵۷/۶ لیتراز محلول شامل kg 2/11 از NZVI تحت تاثیر قرار می دهد. مطالعه دیگری نشان می دهد که در یک منطقه، مقدار ۱۳۶ کیلوگرم NZVI برای فراوردی ۶/۱۱میلیون کیلوگرم از خاک کافی است؛ اما در منطقه دیگر همین مقدار از NZVI تنها برای فرآوری ۱۰۲ میلیون کیلوگرم از خاک به کار می رود. دلایل ذکر شده برای این مطابقت نداشتن شامل حجم متفاوت آب مصرف شده در تهیه محلول، مقادیر متفاوت کنش پذیری آهن به دلیل تفاوت در مقدار اکسیژن آب و مقدار متفاوت فشار کاربردی در حین تزریق است.[25]
هزینه
NZVIحدوداً ۴۰ تا ۵۰ دلار به ازای هر کیلوگرم و پلادیم پوشش یافته با NZVI بین ۶۸ تا ۱۴۶ دلار به ازای هر کیلوگرم هزینه دارد. اگر چه NZVI به طور قابل توجهی نسبت به ZVI دانه ای و میکرومقیاس که هر کدام به ترتیب ۲/۲ و ۷۵/۳ دلار به ازای هر کیلوگرم هزینه دارند، گران است، اما از آن جا که مقادیر کمی از NZVI به دلیل سطح ویژه و واکنش پذیری بسیار بالای آن مورد نیاز است، از نظر اقتصادی به صرفه است. در مقابلِ هر گرم پودر تجاری ZVI که سطحی کمتر از یک متر مربع دارد، NZVI به ازای هر گرم ۵/۳۳ مترمربع سطح واکنش پذیر داشته و سرعت تصفیه آن ده تا صد مرتبه سریع تر است.
روش مصرف
استفاده درجا و غیردرجای از NZVI نسبتاً آسان است. برای کاربردهای درجا، پودر NZVI را برای تشکیل محلول آهن با آب در یک منبع مخلوط کرده، سپس با یک پمپ و چاه تزریق مستقیماً به خاک آلوده تزریق می کنیم. از آنجا که تجهیزات مشابه مورد استفاده برای دیگر موارد تزریقی موجود است، تجهیزات چاهی خاص مورد نیاز نیست. NZVI به دلیل داشتن ذرات کوچک تر نسبت به ZVI دانه ای، راحت تر تزریق شده، می تواند تا اعماق بیشتری نفوذ کند.
همچنین نانوذرات NZVI می توانند در یک ماتریس جامد از قبیل کربن فعال، زئولیت، نانولوله های کربنی و دیگر مواد برای تولید غشاهایی با کاربرد غیردرجا ایمن شوند.

3-5-2. فتوکاتالیست های نانومقیاس دی اکسید تیتانیوم:
دی اکسید تیتانیوم هم به عنوان عامل احیای فتوکاتالیستی و هم به صورت یک جاذب عمل می کند و به صورت درجا و غیردرجا در تصفیه آب استفاده می شود. دی اکسید تیتانیوم در حضور آب، اکسیژن و تابش UV، رادیکال های آزاد تولید می کند که این رادیکال ها آلودگی های متفاوت را به ترکیبات کربنی با درجه سمیت کمتری تجزیه می کنند. دی اکسید تیتانیوم نانومقیاس، سطح بیشتر و فرایند فتوکاتالیستی سریع تری را نسبت به ذرات بزرگ تر فراهم می نماید. دی اکسید تیتانیوم یا به صورت نانوپودر، برای استفاده در سوسپانیون ها و یا به شکل فیلترهای دانه ای موجود است و در چندین شکل دیگر به عنوان پوشش برای غشاهای ثابت، میکروکره های نانوکریستالی و غشاهای ترکیبی با سیلیکا به کار می رود.[26]
حذف آلودگی ها
دی اکسید تیتانیوم تقریباً همه آلودگی های آلی را تجزیه می کند. این ماده بسیار آب دوست است؛ و بنابراین توانایی جذب آلودگی های زیستی و فلزات سنگین از قبل آرسنیک را دارد. راندمان آن تابع کیفیت دی اکسید تیتانیوم، شدت پرتو فرابنفش، PH آب، موجودی اکسیژن و غلظت آلودگی ها است.
مقدار تصفیه آب
سیستم های متفاوت دی اکسید تیتانیوم، شدت جریان و سرعت های حذف متنوعی را فراهم می کنند و ازهمه آنها می توان محدوده استفاده کرد. نانوپودرهای سوسپانسیون شده دی اکسید تیتانیوم فرایند فتوکاتالیستی پُربازدهی را از خود نشان می دهند؛ چرا که سطح داخلی آنها در معرض تابش اشعه فرابنفش و آلودگی ها قرار می گیرد. به دلیل ترکیب سطوح کنش پذیر با مواد پایه و در نتیجه، کاهش سطح فعال، بازده نانوذرات دی اکسید تیتانیوم که به عنوان پوشش استفاده شده یا روی زیرلایه هایی از قبیل شیشه و سرامیک ثابت شده اند، پنج برابر درصد بازده فتوکاتالیستی نانوذرات سوسپانسیون شده است. همچنین تخلخل غشا یا زیرلایه، بر شدت جریان و عمر مفید این سیستم ها موثر است. میکروکره های نانوکریستالی دی اکسید تیتانیوم، سطحی قابل مقایسه با نانوپودرها دارند، اما فرایندهای فتوکاتالیستی آهسته تری انجام می دهند.[27]
هزینه
هزینه نانوپودرهای دی اکسید تیتانیوم برحسب کیفیت آن چند صد دلار بر کیلوگرم است. به عنوان مثال اخیراً شرکت Altair یک سیستم تولیدی به ثبت رسانده است، که می تواند نانوپودرهای دی اکسید تیتانیوم را در مقیاس انبوه و بسیار ارزان تولید کند. همچنین این شرکت فروش محصولات کوچک مبتنی بر این فناوری را طراحی می کند. این محصولات در دو اندازه ۴۰ کیلوگرم بر ساعت و یک تا دو کیلوگرم بر ساعت موجود خواهند بود. این واحد، دی اکسید تیتانیوم را از تتراکلرید تیتانیوم تولید می کند که می تواند حدوداً هزاروصد دلار به ازای هر تن یا صد و ده دلار به ازای هر کیلوگرم فروخته شود.
روش مصرف
به دلیل سختی بازیافت و جداسازی ذرات بعد از تصفیه، استفاده از نانوپودرهای دی اکسید تیتانیوم سوسپانسیون شده مشکل است. ذرات سوسپانسیون معمولاً به وسیله اولترافیلتراسیون یا میکروفیلتراسیون جدا می شوند اما در حین این فرایند مقدار قابل توجهی از ذرات از بین می روند. استفاده از میکروکره های نانوکریستالی آسانتر است. آنها در آب از طریق حباب سازی هوا سوسپانسیون شده و به طور طبیعی در ظرف آب برای بازیافت آسان تر ته نشین می شوند.

3-5-4. اکسیدآهن نانوساختار جاذب:
شرکت فناوری های Adedge آمریکا، اکسیدآهن نانوساختار دانه ای و خشکی به نام AD33، برای حذف آرسنیک عرضه نموده است. AD33 با ترکیبی خواص کاتالیستی و جذبی اکسیدآهن با هم، ضمن تبدیل آرسنیک به موادی با سمیت کمتر، به طور همزمان آن را از آب جدا می نماید، این شرکت همچنین طرحی از لوازم مصرفی شامل فیلترهای AD33 را ارائه نموده است.
حذف آلودگی ها
AD33 می تواند بیش از ۹۹ درصد آرسنیک را حذف کند، همچنین می تواند مقادیر سرب، روی ، کروم، مس و دیگر فلزات سنگین را کاهش دهد و آلودگی های جذب شده را از خود عبور نمی دهد.

مقدار تصفیه آب
عمر مفید فیلترهای AD33 معمولاً دو تا چهار سال است. سیستم های تصفیه خانگی سری مدالیون شرکت Adedge با سه دبی۱۹، ۲۶ و ۳۸ لیتر بر دقیقه موجود است، همچنین شرکت Adedge کارتریج های حاوی AD33 با دبی متوسط دو لیتر بر دقیقه را عرضه نموده است. عمر مفید این کارتریج ها بین سه هزار و ۸۰۰ تا ۱۱ هزار و ۴۰۰ لیتر است و به طوری که تخمین زده می شود چهار تا شش برابر بزرگ تر از دیگر جاذب های تجاری موجود است.
هزینه
هزینه کارتریج های AD33 برای هر مورد حدوداً ۵۰ دلار است و هزینه هر فیلتر مجزا وابسته به مقدار خریداری شده است؛ اما به طور نمونه بین هشت تا ۱۳ دلار به ازای هر لیتر تغییر می کند.
روش مصرف
طبق توصیه های شرکت Adedge، فیلترها و محصولات AD33 نیاز به جایگزینی مکرر داشته و مواد شیمیایی یا احیاءکننده ها برای آنها استفاده نمی شود. با توجه به خشکی ابزارهای AD33، نسبت به سایر ابزارهای فیلتراسیون مبتنی بر آهن مرطوب، راحت تر استفاده می شوند؛ به طوری که در گسترده وسیعی از سیستم ها استفاده می شوند. علاوه بر این، ابزارهای AD33 مصرف شده خطرناک نیست می توان آنها را طبق استانداردهای سازمان حفاظت از محیط زیست آمریکا در زمین دفع کرد.[28]

3-6. نانوذرات مغناطیسی

3-6-1. Magneto ferritin:
نانوذرات مغناطیسی معمولاً به عنوان جاذب و نانوکاتالیست برای تصفیه آب بررسی شده اند. شرکت انگلیسی Nano Magnetics، نانوذرات مغناطیسی را تحت عنوان Magneto ferritin ارائه کرده و مشغول بررسی توانایی آن برای انجام اسمز پیش رونده (forward osmosis) به عنوان گزینه ای با بازدهی انرژی برای اسمز معکوس است. در چنین سیستمی از نانوذرات مغناطیسی برای تولید فشار اسمزی مورد نیاز برای راندن آب از میان یک غشای فیلتراسیون استفاده شده اند. برخلاف اسمز معکوس که برای تولید فشار اسمزی نیازمند انرژی ورودی است.
حذف آلودگی ها
Magneto ferritin با توانایی اسمز پیش رونده، برای نمک زدایی در نظر گرفته شده است؛ اگر چه با توجه به به نوع غشای مصرفی قادر به حذف آلودگی های دیگر نیز هست.
مقدار تصفیه آب شرکت Nano Magnetics اشاره می کند که Magneto ferritin را می توان از آب، بازیافت و بدون هیچ محدودیت ویژه ای دوباره استفاده کرد.
هزینه
اطلاعات خاصی نسبت به هزینه های Magneto ferritin در دسترس نیست؛ اما به گفته شرکت Nano Magnetics عمر طولانی و استفاده مجدد این مواد آنها را نسبت به اسمز معکوس از لحاظ هزینه بسیار مناسب تر نموده است. همچنین اسمز پیش رونده هزینه های مرتبط با انرژی را تا ۴۰ درصد هزینه های اسمز معکوس کاهش می دهد.
روش مصرف
هنوز برای Magneto ferritin هیچ سیستم قطعی ای طراحی نشده است؛ اما برخی منابع اشاره می کنند که نانوذرات مغناطیسی در یک طرف غشاء برای ایجاد غلظت، به صورت غیرتعادلی به منبع آب اضافه شده اند. این اختلاف غلظت فشار اسمزی مورد نیار برای راندن آب منبع از میان غشاء را ایجاد خواهد کرد. سپس نانوذرات می توانند با استفاده از میدان مغناطیسی از آب خالص سازی شده، بازیافت شوند.

3-7. بررسی روش های خالص سازی آب با به کارگیری فناوری نان
نانو، دلالت بر یک واحد بسیار کوچک در علم اندازه گیری دارد. یک نانومتر معادل ۹-۱۰ متر یا به عبارتی یک میلیاردم متر است. اخیراً با ورود فناوری های نوین از قبیل زیست فناوری و نانو فناوری، مواد و راهکارهای جدیدی برای تصفیه آب و نیز آب و فاضلاب های صنعتی و کشاورزی معرفی شده و یا می شوند. کاربردهای فناوری نانو در این خصوص عبارتند از : نانو فیلترها، نانو فتوکاتالیست ها، مواد نانو حفره ای، نانو ذرات، نانو سنسورها، توانایی های این فناوری در تصفیه آب و با توجه به انواع آلودگی های نقاط مختلف ایران مورد ارزیابی قرار گرفته است.
در گذشته نه چندان دور اهداف تصفیه خانه های آب آشامیدنی کاهش مواد معلق و زدودن عوامل زنده بیماری زا در آب بود که با روشهای متداول فیلتراسیون و گندزدایی قابل حصول بوده اند. لیکن با افزایش غلظت مواد ریزدانه، ترکیبات ازته، مواد آلی و معدنی و فلزات سنگین به منابع آب روش های متعارف جوابگوی نیازتصفیه خانه ها نبوده و لازم است از فرآیندهای نسبتاً جدید در تصفیه خانه ها استفاده شود.
اخیراً نیز با ورود فناوری های نوین از قبیل زیست فناوری و نانو فناوری، مواد و راهکارهای جدیدی برای تصفیه آب و نیز آب و فاضلاب های صنعتی و کشاورزی معرفی شده و یا می شوند.
مفهوم نانوفناوری به حدی گسترده است که بخش های مختلف علوم و فناوری را تحت تاثیر خود قرار داده و در عرصه های مختلف از جمله محیط زیست کاربردهای وسیعی یافته است. در این مقاله به بررسی کاربردهای فناوری نانو در صنعت آب می پردازیم.

3-7-1. :نانو فیلترها
تاریخچه نانو فیلتراسیون به دهه هفتاد میلادی زمانی که غشاهای اسمز معکوس با فشارهای نسبتاً پایین همراه با جریان آب تصفیه ای قابل قبول، بسط و توسعه پیدا کردند باز می گردد. استفاده از فشارهای بسیار بالا در فرآیند اسمز معکوس، اگر چه منجر به تهیه آب با کیفیت بسیار عالی می شد، ولیکن به همان نسبت هزینه گزاف انرژی مصرفی عاملی نگران کننده به شماره می آمد. در نتیجه، تهیه آب با استفاده از این روش از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نبود. بنابراین استفاده از غشاهایی با میزان درصد حذف پایین تر ترکیبات محلول، اما با قدرت نفوذ آب بیشتر و به طبع آن، افزایش حجم آب تصفیه شده با کیفیتی مطلوب (درحد استانداردهای مورد نظر) در فناوری جداسازی یک پیشرفت قابل ملاحظه، به شمار می آمد. از ین رو غشاهای اسمز معکوس با فشار پایین، بعنوان غشاهای نانو فیلتراسیونی شناخته شدند.
نانو فیلتراسیون فرآیند غشایی جدیدی است که خواص آن بین فرایندهای اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون قرار دارد و در اختلاف فشار پایین (۱۰-۲۰ بار) قابل استفاده می باشد. به علت عمل نمودن در فشار پایین و بازیابی بالاتر، هزینه های عملیاتی و نگه داری این فرآیند به مواد شیمیایی نیاز نبوده و پساب تولیدی فشرده و غلیظ می باشد. لذا هزینه حمل و نقل و دفع آن کمتر است. به کمک تجهیزات خاص غشاء ها به طور خودکار تمیز می شود. در مورد فرآیند نانو فیلتراسیون، هزینه انرژی به مراتب از اسمز معکوس کمتر می باشد. نکته حائز اهمیت در مورد نانو فیلترها نسبت به سایر غشاها، قدرت انتخاب گری در حذف یون هاست.[29]
غشاهای نانو فیلتراسیون معمولاً از دو لایه تشکیل می شود. لایه نازک و متراکم عمل جداسازی و لایه محافظ، عمل حفاظت در برابر فشار سیستم را انجام می دهد. غشاهای نانو فیلتراسیون معمولاً در دو نوع باردار و غیرباردار موجود هستند. مکانیسم اصلی در حذف ملکول های بدون بار، خصوصاً ترکیبات آلی بر پایه غربالسازی استوار می باشد. در حال که حذف ترکیبات یونی به دلیل بر عم کنش های الکتروستاتیک بین سطح غشا و گونه های باردار، حذف می شوند.
امروزه غشاهای نانویی تجاری، در اشکال متفاوتی استفاده می گردند. این اشکال شامل، سیستم های مارپیچی، صفحه ای، جعبه ای، لوله ای و فیبری می باشد. شکل هر یک از غشاهای نانویی براساس نوع غشا و نانویی براساس نوع غشا و به منظور بالا بردن بازده و عملکرد آن انتخاب می گردد.
نانو فیلترها برای حذف محدوده وسیعی از ترکیبات به کار گرفته شده است، از جمله :
حذف آفت کش ها از جمله آترازین، سیمازین، دیورن و ایزوپرتورن
حذف ترکیبات آلی فرار مانند مشتقات کلردار آلی سبک مانند کلروفرم، تری کلرواتیلن و تتراکلرواتیلن
حذف محصولات جانبی حاصل از واکنش گندزدا با ترکیبات آلی آب از جمله هالومتان ها
حذف کاتیون ها و سختی
حذف کروم (VI)، اورانیم، آرسنیک
حذف آنیون ها
حذف پاتوژن ها

3-7-2. نانو مواد:
نانومواد در مقایسه با مواد در ابعاد بزرگ دارای سطوح بسیار وسیع تری هستند. به علاوه این مواد قادر به بر هم کنش با گروه های شیمیایی مختلف به منظور افزایش میل ترکیبی آنها با ترکیبات ویژه می باشند. همچنین نانومواد می توانند به عنوان لیگندهای قابل بازیافت با ظرفیت و عملکرد انتخابی بسیار بالا برای یون های فلزی سمی به هسته های رایواکتیو، حلال های آلی و معدنی به شمار می آیند.[30]
جاذب ها به طور وسیعی به عنوان جداساز محیطی در خالص سازی آب و برای حذف آلاینده های آلی از آب آلوده استفاده می شدند. تحقیقات وسیعی در این زمینه صورت گرفته است از جمله می توان به کاربرد نانو تیوپ های کربنی تک دیواره برای حذف یون های سنگین ماننده ۲Pb، ۲Cu، ۲Cd، چیتوزان با گروه های عاملی فسفاته برای حذف ۲Pb، ترکیب کربن نانوتیوپ- اکسید سدیم برای حذف As (V) ، نانو بلورهای FeO(OH) – برای جذب AS (V) و Cr (VI) ، زئولیت های تعویض یون NaP1 برای حذف فلزات سنگین از پساب های معدنی اسیدی مانند ۳Cr، ۲Ni، ۲Zn، ۲Cu، ۲Cd، نانو مواد کربنی برای جذب مواد آلی فرار، رنگ های آلی و ترکیبات آلی و ترکیبات آلی کلره، فولرن برای جذب ترکیبات آروماتیک چند حلقوی مانند نفتالین اشاره نمود.
نانو مواد حفره ای
مواد نانو حفره ای به عنوان یک زیر مجموعه مواد نانو ساختار با دارا بودن سطح منحصر به فرد، شکل ساختمانی و خواص حجمی در زمینه های مختلف از جمله، فرایندهای تعویض یونی، جداسازی، کاربردهای کاتالیستی، ساخت حسگرها، ایزولاسیون ملکولی های زیستی و خالص سازی کاربرد دارند.
به طور کلی مواد نانو حفره ای را می توان براساس دامنه قطر منافذ نانویی به سه دسته میکروپور، مزوپور و کاروپور تقسیم نمود. براساس سیستم آیوپاک، حفره های مواد میکروپور دارای قطری کمتر از ۲ نانومتر می باشند. مزوپورها دارای حفره های به قطر بین ۲ تا ۵۰ نانومتر و ماکروپورها دارای حفره هایی با قطر بیشتر از ۵۰ نانومتر هستند.
مواد نانوحفره ای را می توان براساس جنس، از قبیل آلی یا معدنی، سرامیک یا فلز و یا خواص آنها دسته بندی نمود. در سیستم های پلی مری، سرامیکی و یا کربنی نیز مشابه این چنین حفره هایی دیده می شود که البته شکل حفره ها در آن متفاوت هست. در واقع جنس ماده، شکل حفره ها، اندازه آنها و توزیع و ترکیب حفره ها است که در نهایت مشخص کننده نوع کاربرد ماده نانو حفره ای می باشد. این مواد شامل متنوعی از جمله، جذب گازهای آلاینده، بسته های کاتالیستی، فیلترهای تصفیه آب، مخزن نگهداری گاز و… باشند.کربن های نانوحفره ای ترکیبات دارای کاربردهای کاربرد زئولیت های در فرایندهای تصفیه ای آب (شامل تصفیه آب شرب و پساب های صنعتی) حذف یون های فلزات سنگین می باشد.زئولیت های نانوحفره ای عمده
نانوپروس پلی مرها عمده کاربرد پلی مرهای نانوحفره ای براساس عملکرد آنها به عنوان جاذب تعریف می گردد. از جداسازی ملکول های آلی خاص از سیستم های بیولوژیکی تا کاربرد آن ها را در تصفیه آب به منظور حذف آلودگی های ناشی از ترکیبات آلی نظیر فنل ها شامل می شود.
پلیمرهای نانوحفره ای
نانو ذرات
حذف آرسنیک با نانو ذرات سریم
حذف آرسنیک با نانو ذرات اکسید آهن
حذف کروم با نانو ذرات آهن
حذف مس، کبالت و نیکل با نانو ذرات آهن
حذف ترکیبات آلی با نانو ذرات آهن
حذف آلاینده ها با نانو ذرات آهن در محل
کاهش نیترات با نانوذرات دوفلزی پالادیم- مس
گندزدایی آب با نانو ذرات نقره

3-7-3. نانو سنسورها در تصفیه آب و پساب:
از آنجائی که بسیاری از خواصی که انتظار می رود توسط سنسورها اندازه گیری شود در سطح مولکولی یا اتمی هستند از نانوتکنولوژی در کاربردهای حسگری یا شناسایی استفاده زیادی می شود.
سنسورهایی که در ابعاد نانومتری ساخته شده اند از حساسیت فوق العاده ای برخوردارند، عملکرد انتخابی دارند و پاسخ دهنده می باشند. بنابراین تاثیر نانو تکنولوژی بر سنسورها فوق العاده عمیق و گسترده است.
به طور کلی به منظور کنترل بوی ناخوشایند، لازم است تا اندازه گیری هایی مبنی بر میزان بوی منتشر شده انجام شود. ترکیبات بسیاری در بوهای ناشی از تصفیه پساب شناسایی شده اند. به طور نمونه این ترکیبات عبارتند از: ترکیبات کاهش یافته گوگرد یا نیتروژن، اسیدهای آلی، آلدئیدها یا کتون ها.
در سال های اخیر سنسورهای تجارتی مجموعه ای که بینی الکترونیکی نامیده می شوند برای شناسایی میکروارگانیسم ها و فلزات سنگین در آب آشامیدنی (مانند کادمیوم، سرب و روی) و به منظور شناسایی و تعیین مشخصات بوهای ناشی از مخلوط بخار جمع شده در بالای یک جامد یا مایع موجود در یک محفظه دربسته، تولید شده اند. این سنسورها روش سریع تر و نسبتاً ساده ای را برای پیگیری تغییرات در کیفیت آب و فاضلاب صنعتی فراهم می آورند.

3-7-3-1. نانوفتوکاتالیست
فتوکاتالیست ماده ای است که در اثر تابش نور بتواند منجر به بروز یک واکنش شیمیایی شود، در حالی که خود ماده، دست خوش هیچ تغییری نشود. فتوکاتالیست ها مستقیماً در واکنش های اکسایش و کاهش دخالت ندارند و فقط شرایط موردنیاز برای انجام واکنش ها را فراهم می کنند.
تیتانیم دی اکسید TIO2 (با گستره اندازه بین خوشه ها تا کلوئیدها – پودرها و تک بلوهای بزرگ)، نزدیک به یک فتوکاتالیست ایده آل است و تقریباً تمامی این خصوصیات رادارد. تنها استثناء آن این است که نور مرثی را جذب نمی کند. نانو ذرات دی اکسید تیتانیم، بر سطح زیرلایهای مناسبی از جمله شیشه و یا ترکیبات سیلیسی، پوشش داده می شوند و در حوضچه های تحت تابش نور ماوراء بنفش، قرار می گیرند.
بسیاری از آلاینده های موجود در آب های صنعتی که TIO2 آن ها را با آب و دی اکسید کربن تبدیل می کند عبارتند از: آلکان ها، آلکن ها، آلکین ها، اترها، آلدئیدها، الکل ها، ترکیبات آمینی، ترکیبات سیانیدی، استرها و ترکیبات آمیدی.

نتیجه گیری
کمبود آب در ایران یکی از عوامل محدود کننده اصلی توسعه فعالیتهای اقتصادی در دهه های آینده به شمار می رود. متاسفانه در کشور ما هنوز استفاده مطلوب از آب به شکل یک فرهنگ جایگاه خاص خود را پیدا نکرده است، به همین جهت دستیابی به تعادل نسبی در زمینه عرضه و مصرف آب یک اصل اساسی و ضروری است که این مهم جز با ایجاد یک نظام جامع مدیریت آب میسر نیست. مجموعه اقداماتی که تاکنون در کشور در ارتباط با تامین آب کشاورزی، شهری و صنعتی انجام شده، عمدتاً در زمینه مدیریت تولید و عرضه آب بوده است و کمتر توجهی به مدیریت مصرف گردیده است.
بهمین دلیل تجدید نظر در الگوی مصرف و صرفه جویی آب خصوصاً در بخش کشاورزی و افزایش بهره وری و راندمان تولید کلیه بخشهای تولید و مصرف کننده آب و نیز بخش مصرف خانگی از اهمیت و اولویت بالایی برخوردار است.

منابع فارسی
3- راهبرد سند ملی آب، 1382، دولت جمهوری اسلامی ایران.
7- سازمان برنامه و بودجه و وزارت نیرو، 1371، مبانی و ضوابط طراحی طرحهای آبرسانی شهری، نشریه شماره 3-117.
8- شرکت مهندسی مشاور جاماب، 1375، کلیات و سیمای مدیریت موجود آب کشور.
9- وزارت نیرو، 1375، بخش آب و فاضلاب شهری، مروری بر روند پیدایش تحولات، اهداف و سیاستها.
10- نشریه و هفته نامه شهراب، دی ماه 1380، سخنرانی معاون آب و فاضلاب وزارت نیرو، شماره 251.
11- علوی، علی اکبر، 1371، روند افزایش مصرف آب تهران و لزوم اعمال روشهای صرفه جویی، کنفرانس صرفه جویی در مصارف کشاورزی، شرب و صنعت، صفحات 1-15 و 31-15.
12- صدر، کاظم، 1373، برآورد تابع تقاضای آب شهر تهران، مجله آب، شماره 13.
13- مالکی، احمد، 1371، احداث شبکه لوله کشی آب تهران و مشکلات ناشی از آن، اولین سمینار بررسی مسائل آب و فاضلاب در شهرهای بزرگ، صفحات 31-1.
14- روابط عمومی شرکت آب و فاضلاب استان تهران، 1375، سیمای آب و فاضلاب استان تهران.
15- شرکت جاماب، 1372، گزارش آب تهران.
16- تجریشی، مسعود، 1376، نگرشی جامعب به رفع بحران آب در تهران، مجله آب و فاضلاب، شماره 22، صفحه 2 الی 12.
17- منوچهری، غلامرضا، 1380، مدیریت آب و فاضلاب شهری، شرکت مهندسی آب و فاضلاب کشور.
18- حبیبی، محمدحسن، 1378، مدیریت مصرف آب، اولین همایش منطقه ای بیلان آب، اهواز، صفحه 412 الی 429.
19- خبرنامه نخستین همایش ملی کاهش و کنترل آب به حساب نیامده، 1376.
20- ابرار اقتصادی، 22/3/1379، مصاحبه با آقای مهندس فریدون بیگی مدیر دفتر مطالعات کاهش آب به حساب نیامده، صفحه 12.
21- امین کاظمی، بیتا، 1375، بررسی دلایل اتلاف آب در شبکه های آب شهری و تاثیر آن در اقتصاد منابع آب، آب و توسعه، سال چهارم، صفحات 100 الی 104.
22- نظرزاده، مهدی، ابریشم چی، احمد، تجریشی، مسعود، ارزیابی نگرش و نیات رفتاری شهروندان کاشان نسبت به آب شهری، مجله علمی- پژوهشی آب و فاضلاب، شماره 46، تابستان 1382، صفحات 28-21.
23- دستاورد بزرگ دولت در تامین آب شهر تبریز، گزارش مختصر وزارت نیرو، 1379.
24- ظفرنژاد، فاطمه، محدودیت، تلفات و نرخ آب کشاورزی، 1375، فصلنامه آب و توسعه، شماره 15.
26- منوچهری، غلامرضا، 1372، مسائل مربوط به الگوی مصرف آب، بولتن کمیسیون آب، شماره 6، صفحه 4 الی 6.
27- وزارت نیرو، 1375، دستورالعمل بررسیهای اقتصادی منابع آب، استاندارد 30- الف- امور آب.
28- مردوخی، بایزید، 1373، آب و صنعت در ایران، بخش اول: نقش آب در تولید صنعتی، آب و توسعه، فصلنامه امور آب، وزارت نیرو، سال دوم، شماره 4.
29- نوریمند، کاوس، 1376، مدیریت مصرف آب در پالایشگاه تهران، پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی محیط زیست تحت سرپرستی دکتر تجریشی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شریف.
30- بابایی نژاد، تجریشی و ابریشم چی، 1381، ممیزی و کاهش مصرف آب در کارخانه قند اصفهان، مجله آب و فاضلاب، شماره 43، صفحه 17 الی 27.
U.S. Army Corps of Engineers, 1985, Handbook of Methods for the Evaluation of Water Conservation for Municipal and Industrial Water Supply, Contract Report 58-C-3.

منابع لاتین

1- United Nations, 1997, Sustainable development of Water Resources in Asia and the Pacific: An overview.
Internal World Bank, Report, 2004 (Unpublished).
4- Yevjevich, V., 1995, Effect of area time horizons in comprehensive and integrated water resources management, Water Science and Technology, Vol. 31(8), pp 19-25.
5- Herbertson, P.W. and E.L. Tate, 2001, Tools for water use and demand management in South Africa, World Meteorological Organization, Technical Reports in Hydrology and Water Resources, No. 73.
6- United Nations, 1976, The Demand for water: Procedures and methodologies for projecting water demands in the context of regional national planning, Nat. Resour, Water Ser. 3, United Nations Publications, New York.
23. Urban Age, Americans using less Water, Winter 1999, page

—————

————————————————————

—————

————————————————————

7